Quel exemple d’appareil scientifique improvisé utilisé en physique ?

Matériaux :

- Un ressort

- Une messe

- Une règle

- Un chronomètre

- Une tasse d'eau

Instructions :

1. Fixez le ressort à la masse.

2. Tenez la masse dans votre main et étirez le ressort.

3. Relâchez la masse et laissez-la osciller.

4. Utilisez le chronomètre pour mesurer le temps nécessaire à la masse pour effectuer une oscillation complète.

5. Répétez les étapes 2 à 4 pour différentes longueurs de ressort.

6. Utilisez les données pour calculer la constante du ressort.

7. Remplissez la tasse à moitié avec de l'eau. Placez la coupelle sous la masse attachée au ressort et notez l'évolution de la période.

Observations :

Lorsque le ressort est étiré, la masse accélère dans le sens opposé à la force du ressort. Lorsque la masse est relâchée, elle oscille d’avant en arrière autour de la position d’équilibre. La période d’oscillation est le temps nécessaire à la masse pour effectuer une oscillation complète.

La période d'oscillation augmente à mesure que la longueur du ressort augmente. En effet, le ressort est moins rigide lorsqu'il est plus long, il faut donc plus de temps à la masse pour accélérer et décélérer.

Lorsque la tasse d’eau est placée sous la masse, la période d’oscillation diminue. En effet, l’eau oppose une résistance au mouvement de la masse, ce qui la ralentit.

Calculs :

La constante du ressort peut être calculée à l'aide de la formule suivante :

$$k =m(2\pi f)^2$$

Où:

- k est la constante du ressort en N/m

- m est la masse en kg

- f est la fréquence en Hz

La fréquence d'oscillation peut être calculée à l'aide de la formule suivante :

$$f =1/T$$

Où:

- f est la fréquence en Hz

- T est la période d'oscillation en s

Dans cet exemple, la masse est de 0,1 kg, la période d'oscillation est de 1,0 s et la longueur du ressort est de 0,5 m. En branchant ces valeurs dans les formules ci-dessus, nous obtenons :

$$k =0,1(2\pi 1,0)^2 =0,63 N/m$$

Conclusion :

Cette expérience simple montre comment utiliser un appareil improvisé pour mesurer la constante du ressort et observer les effets de différents facteurs sur la période d'oscillation. Cette expérience peut être utilisée pour enseigner aux élèves les concepts de mouvement harmonique simple et de la loi de Hooke.