Au cours de cette séance particulière de
Tous Chercheurs, nous avons tenté de réaliser l’expérience de Galilée et à
partir de celle-ci, déterminer la loi qui régit le mouvement des objets. Nous
disposions d’un plan incliné et de deux boules de masses différentes, de
clochettes et d’un chronomètre.
Nous nous sommes posé les questions suivantes en
début de séance :
-
La masse d’un
objet influe-t-elle sur le mouvement de celui-ci ?
-
Comment varie la
vitesse d’un objet en mouvement ?
-
L’angle d’une
planche inclinée influence-t-elle le mouvement et la vitesse d’un objet ?
-
A partir de
quelle distance un objet atteint-il sa vitesse de pointe lors de son
parcours ?
Les élèves ont proposés plusieurs méthodes pour
répondre aux questions, comme l’utilisation d’un logiciel performant pour faire
un pointage ou une chronophotographie. En raison du matériel restreint et pour mieux cerner la loi horaire du mouvement,
nous avons élaboré un protocole différent :
Nous disposons d’un plan incliné de 7,8m et de
2 boules de masses différentes (une bleue et
légère et une noire,
plus lourde). Nous avons usé des technologies
modernes à notre disposition : un chronomètre précis au 100ème
de seconde. Chaque élève s’est placé à 1 mètre d’intervalle de la planche, un
chronomètre à la main. Un élève s’est chargé de lâcher la boule sur la
planche au top départ et nous avons relevé le temps pour chaque mètre parcouru.
La boule dévale la pente :
Plusieurs mesures ont été relevées : les élèves
ont vite réalisé qu’il était difficile d’établir des mesures fiables, notre
vitesse de réaction étant trop lente et l’objet roulant trop rapidement. Nous
pouvons établir un tableau représentant le coefficient d’agrandissement entre
chaque distance afin d’étudier l’évolution du parcours de la balle dans le
temps, plus le coefficient augmente, plus l’objet roule rapidement. Le laps de
temps se réduit entre les derniers mètres.
La distance (en m)
|
Essai n°1 (T en sec)
|
Essai n°2 (T en sec)
|
Essai n°3 (T en sec)
|
Moyenne des 3 essais
|
|
1
|
1,65
|
1,60
|
1,66
|
1.64
|
0.735
0.738
0.825
0.869
0.931
0.959
|
2
|
2,79
|
2,50
|
2,39
|
2.23
|
|
3
|
3,05
|
3,06
|
2,95
|
3.02
|
|
4
|
3,6
|
3,80
|
3,60
|
3.66
|
|
5
|
4,26
|
X
|
4,16
|
4.21
|
|
6
|
X
|
4,53
|
4,51
|
4.52
|
|
7
|
X
|
4,70
|
4,71
|
4.71
|
Les
X correspondent aux valeurs qui n’ont pas été relevées car elles
semblaient aberrantes.
D’après les résultats obtenus, la vitesse de la balle augmente au cours de son parcours sur le plan car elle met de moins en moins de temps à parcourir une distance d’un mètre lors de sa progression.
Pour mieux sentir les difficultés que Galilée a rencontrées, et sur la proposition d’un des professeurs, nous avons reproduit son expérience avec les outils de l’époque (17ème siècle), nous éliminons donc le chronomètre que nous remplaçons par des clochettes. Il s’agit de placer les clochettes de manière à ce qu’elles tintent à intervalles de temps: lorsque la boule roule, le tintement des clochettes nous permet de savoir si l’intervalle est régulier.
Voici les différentes positions des clochettes sur la planche qui s’ajustent au fil des essais:
Distance
1 (en m)
|
Distance
2 (en m)
|
Distance
3 (en m)
|
0,3
|
X
|
0
|
0,9
|
1,0
|
0,5
|
1,7
|
X
|
1,3
|
2,7
|
2,8
|
2,4
|
3,9
|
X
|
3,8
|
5,3
|
5,4
|
5,5
|
6,9
|
X
|
7,5
|
Les X correspondent à l’absence de
clochettes.
Après maints essais, les positions des clochettes
relatives à la colonne numéro 3 semblaient être les plus régulières à l’ouïe.
Les résultats restent maintenant à analyser !