Accueil

Documents

Précédent

Suivant

 

 

 

Académie de DIJON

Mesurer le temps avec un pendule

 

Télécharger le fichier au format doc (727 ko)

 

Titre de l'activité :

 

Mesure du temps avec un pendule

     

Niveau :

 

Seconde

     

Type d'activité :

 

TP avec démarche d'investigation, situation déclenchante

     

Place dans le programme :

 

- Deuxième Partie - L'Univers en mouvement et le temps

- Chapitre sur le temps et les dispositifs construits par l'Homme.

     

Objectifs :

 

- Elaborer et mettre en œuvre un protocole expérimental pour construire un pendule simple et étudier ses propriétés.

- Décrire un protocole et faire le schéma d’une expérience.

- Retranscrire une démarche expérimentale, rédiger un compte rendu

     

Durée :

 

La durée initiale prévue était de 1 h 30 en travaux pratiques avec une poursuite en cours pour l'étude des deux derniers indices fournis aux élèves (texte de Galilée et "définition du mètre").

     

Matériel :

 

- Potence, ficelle, masses marquées, rapporteur, règle.

- Le matériel est "caché" de la vue des élèves au départ.

     

Déroulement de la séance :

 

C'était la première séance de l'année où les élèves étaient confrontés à une telle situation ; c'est pourquoi un rapide descriptif de la "démarche d'investigation" était intégré à cette activité.

De plus, ne sachant pas trop ce que les élèves allaient proposer, ni à quel rythme ils allaient avancer, une série "d'indices" était prévue pour les "guider" dans cette démarche.

Ces indices étaient proposés aux moments opportuns à l'aide de transparents.

 

 

Situation déclenchante

 

Le professeur Tournesol a décidé de mesurer la durée qui s’écoule lorsqu’il va de son laboratoire à l’atelier où il travaille sur un projet de… fusée en utilisant uniquement son pendule.

Comment s’y prend-il ?!!

Vous aimeriez vous aussi pouvoir construire un pendule qui compte les secondes.

Vous ne disposez que de 1 h 25 mn pour réussir à résoudre ce problème… le chrono est parti !!

Vous devez décrire votre démarche d’investigation :

- Prévoir ce vous voulez mettre en œuvre pour répondre à l'objectif fixé (par écrit).

- Argumenter pour justifier ce que vous envisagez.

- Réaliser ce que vous voulez faire.

- Exploiter les résultats obtenus.

- Rendre compte de ce que vous avez voulu faire, de ce que vous avez fait, des résultats que vous avez obtenus, de l’exploitation que vous avez faite de ces résultats.

Si vous êtes « bloqué », n’hésitez pas à poser des questions, demander des « indices » supplémentaires au professeur …

 

Indice n° 1 :

Comment un pendule peut-il permettre de "compter" des secondes ?

Indice n° 2 :

- Quel est le phénomène périodique qui est utilisé par le professeur Tournesol ?

- Comment peut-on définir la période d’un pendule ?

Indice n° 3 :

Comment peut-on mesurer avec une assez grande précision la « période » du pendule que vous avez réalisé ?

Indice n° 4 :

D’après-vous, quels sont les paramètres qui pourraient influencer la valeur de la période d’un pendule ?

 

longueur du pendule

Fixée à ……………

masse du pendule

Fixée à ……………

angle de lancement

80°

60°

50°

30°

20°

10°

5 T

 

 

 

 

 

 

T

 

 

 

 

 

 

 

longueur du pendule

Fixée à ………

angle de lancement

30°

masse du pendule

 

 

 

 

 

5 T

 

 

 

 

 

T

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Indice n° 5 :

Les expérimentations de Galilée
« Un jour de l’année 1583, un jeune homme de dix-neuf ans nommé Galileo Galilei assistait à la prière à la cathédrale de Pise lorsque, dit la tradition, son attention fut soudain attirée par le balancement de la lampe à huile au-dessus de l’autel. Quelle que fût l’ampleur de l’oscillation, il semblait que la lampe mettait toujours le même temps pour effectuer un déplacement complet. Bien sûr, Galilée n’avait pas de montre, mais il mesura la durée des balancements d’après son pouls. C’est à partir d’expériences faites dans son laboratoire avec des pendules simplifiés, une masse attachée à une ficelle, que Galilée établit en 1600 les lois du pendule simple : l’isochronisme des petites oscillations (selon laquelle les périodes de pendules de même longueur sont égales et ne dépendent ni de l’amplitude ni de la masse du pendule), et la relation de proportionnalité entre la période d’oscillation d’un pendule et sa longueur. »

- Que peut-on conclure des travaux de Galilée ?

- Que peut-on déduire des courbes suivantes ?

Indice n° 6 :

Le 8 mai 1790, l'Assemblée nationale décida de la création d'un système de mesures décimal aux caractéristiques stables, uniformes et simples. La première proposition pour la mesure des longueurs a été le “mètre”, défini comme étant la longueur du pendule qui bat la seconde. Cette définition n’a pas été retenue, n’étant pas universelle…Finalement, le 30 mars 1791, l'Assemblée, d'après la proposition de l'Académie des sciences (Borda, Lagrange, Laplace, Monge et Condorcet), fixa la mesure du mètre au 10 000 000éme de la distance comprise entre le Pôle nord et l'Équateur. Le 7 avril 1795 (18 germinal An III) un décret de la Convention fit des nouvelles « mesures républicaines » les mesures légales et obligatoires en France.

- La définition du mètre indiquée ci-dessus est-elle justifiée ?

- Pourquoi dit-on que la définition précédente du mètre n’est pas universelle ?

La période T d’un pendule et sa longueur L sont reliées par la relation suivante :

(g étant l’intensité de la pesanteur terrestre)

 

 


Thierry MOUROT  - Lycée Raoul FOLLEREAU (juin 2007)

thierry.mourot58@orange.fr