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Contexte
➔ S1 commun : UE Mécanique (CI, TP) + UE coloration
Physique
➔ UE coloration Physique
But : Présenter des outils simples et un panorama de la physique
➔ Pas si facile de faire des TP
› 12 groupes en parallèle
› Organisation complexe des salles de TP et coût associé
› 1 seul TP ? Quel thème ? Quand ?
› Faire des TPs en préparation d’un cours
2
Contexte & enjeux
➔ En parallèle :
MOOC Physique des Objets du quotidien
(5ème semaine sur le smartphone)
➔ Expérimenter simplement
➔ Nécessité d’un outil
le smartphone
➔ 5 TPs smartphone en L1 auprès de 350 étudiants
de l’Université de Bordeaux.
3
• Du téléphone portable
monofonction ….
Les smartphones : un sacré outil de distraction
Téléphone portable (2000)
Martin Cooper
Motorola (1973)
…. au
smartphone
multifonction
Les smartphones : un concentré de capteur
« Galaxy S4 gets you closer to
what matters in life, bringing
your world together ! »
Galaxy S4 gets you closer to the
SCIENCE LAB !
Le Galaxy S4 devient votre
laboratoire !
Magnétique
Optique
Mécanique
Magnétique Thermodynamique
Plusieurs capteurs sont
utilisés pour détecter vos
mouvements, pour
économiser la batterie, pour
jouer ….
SPL mètre Baromètre Accéléromètre Magnétomètre
Gyromètre Capteur CCD Microphone
Luxmètre
Un smartphone = « a mobile lab » = un mini laboratoire mobile
5 TPs smartphone
➔ (TP Le Pendule)
➔ TP Résonance d’une corde
➔ TP Effet Doppler
➔ TP Eclairement
➔ TP Microscope
➔ TP Absorption
7
Lien avec l’astrophysique
et la détection d’exoplanète
Lien avec la désintégration
des muons
Lien avec l’optique, les instruments
Analyse dimensionelle
Représentation graphique
Organisation des TPs
➔ TP par groupe de 4 étudiants
➔ Les étudiants doivent rendre 1 compte-rendu par TP
➔ Quand : quand les étudiants sont libres
2 semaines pour rendre le compte-rendu
➔ Où : partout et dans une salle « ouverte » OpenLAB sous la
surveillance des techniciens qui contient 2 smartphones
8
Etude du pendule avec un
smartphone
Application : Phyphox, Sensor Kinetics, Sensor Log ou Physics Toolbox Suite (Android)
› On va mesurer une capacité d’un condensateur différentiel
fixe
ressort
C1 C2
masse m
quelques
centaines de
µm
condensateur
Fonctionnement d’un accéléromètre
1C
dd
Le pendule simple
L
• Détermination de la période
L
..
.
²
X
Ya
a
l
l
2
LT
g
θ
Terre
Terre
GMchamp de pesanteur =
R ²g
Le pendule simple
L
• Détermination de la période
L
Exportation et traitement des données pour une meilleure
détermination de T
T/2
Le pendule
simple
..
.
²
X
Ya
a
l
l
Variation de la période T en fonction L
0,0 0,8 1,6 2,40
8
16
24
4 p
i²L
T²
• Variation de la longueur L
L
4 ² ( )L m
²( ²)T s
théorie
expérience
2 24 L gT
Extension : Formule de Borda (T en fonction de l’angle ) θ0
TP Résonance d’une corde : Comment varie la fréquence de résonance en fonction de la longueur L ?
17
1f
L
Application AKLite, SoundAnalyzer
TP Effet Doppler :
comment remonter à la vitesse des planètes ?
18
Illustrations
M. Dobrijevic, LAB
.
1récepteur récepteur
émetteur
émetteur émetteur
f Vf ff f
V c
c
si V << c
21
TP Eclairement : Variation de l’éclairement en fonction de la distance ?
0
²E
r
Lieu du TP : salle OpenLAB ou ailleurs
• Plus Rc est petit plus la distance focale f ’eau est courte !
• Pour l’eau si Rc = 1 mm, alors f ’eau ≈ 3 mm.
'
1 ( 1)
eauc
n
f R
Rc
1,33n
TP Microscope :
Transformer son smartphone
en microscope »
Calibration avec une règle
1 mm
Image d’un cheveu
1 mm en vrai
4,5 cm sur le
smartphone
3 mm
sur le smartphone
Donc un cheveu mesure environ 0,003
x 1 mm=0,0667 mm 67 µm0,045
d
Mesurer la taille d’un cheveu
Transformer son
smartphone en
microscope !
Quelques images
1 mm
Cristal
de sel
France sur une pièce de
20 c
Oeil de bourdon
50 µm
Cellules d’oignon
Pixels
Retours des étudiants
26
Quelques Remarques :
- « Ludique », « impressionnant »
- « Ca ne fonctionne pas / pas assez précis » mauvaise manipulation
-Il y a des anti-smartphones (pour le coté physique du moins)
- Pour certains, ce ne sont pas de « vrais TP » car pas de gros matériel
Etude du pendule Etude de trajectoire
Mesurer la vitesse
du son
Phénomène de
résonance Phénomène
de battement
Transformer son
smartphone
en microscope
Mesure de tension
de surface
Etude de la loi
de Malus
Réalisation d’un
spectromètre
MECANIQUE ACOUSTIQUE
ACOUSTIQUE
OPTIQUE
Chute libre Oscillation d’une
balançoire
Mesure des
propriétés
visqueuses
Mesure du coefffient
de restitution
d’une balle de
Tennis ou Ping-Pong
Acoustique/Mécanique
Mesure de
Pression
Décroissance
radioactive J. Kuhn et al, Physics Teacher
Mesure de
distance
focale
Mesure
d’intensité
lumineuse
P
et également mesure de champ magnétique , etc….
Détection d’exoplanète
Sujet d’extension !
Amortissement du pendule
Chute de bille
Beer-Lambert
Loi de Malus
Plusieurs sujets de TP L1-L3
possibles
Un smartphone = « a mobile lab »
un mini laboratoire mobile pour TOUS
Prédiction du Groupe Erickson :
3,3 milliards d’abonnements
smartphone en 2018
Février 2015, La Tribune
En 2018, 50% de la planète aura accès à un mini-laboratoire mobile !
En France , 27 millions d’utilisateurs
Dont 46 % des plus de 12 ans qui
ont un smartphone
Conclusions ➔ Mise en place de TP smartphone
- TPs ludiques, travail en équipe, construction d’un protocole
simple
- Retour très positifs des étudiants sessions Smartphone !
➔ Références et applications Android : Physics Toolbox Suite (Vieyra Software), PhyPhox, Sensor Sense, Sensor
Kinetics
iOS: Phyphox, Sensor Kinetics, Physics Toolbox Suite,
MOOC Physique des Objets du Quotidien (Bordeaux, France Université Numérique)
inscriptions jusqu’au 16 juillet ! !
Conférence Expérimentale ESPGG : A. Deblais et U. Delabre
MOOC Smartphone et Mécanique : J. Chevrier (Grenoble)
Smartphone au lycée (IFE , Lyon, Philippe JeanJacquot)
Des TP smartphones à l’Université , BUP soumis également
31 Colloque Smartphonique Oct 2017, Bordeaux ([email protected])