Quel est le problème posé par Galilée ? hypothèse








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date de publication24.10.2017
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Chap. P6

la vidéo et l’informatique au service de... galilée !

Date

TP P7






Objectifs : - Utiliser la vidéo et un logiciel d’exploitation de celle-ci pour étudier le mouvement d’un objet.

- Montrer que la trajectoire de cet objet dépend du référentiel d’étude.
Compte rendu :

  • Donne les réponses aux questions de la partie Apprentissage.

  • Donne la réponse au problème posé par Galilée à travers les trois questions posées en guise de conclusion.



quel est le problème posé par Galilée ? hypothèse


Dans le « Dialogue sur les deux plus grands systèmes du monde », écrit par Galilée en 1632, l’auteur fait discourir deux personnages autour d’une expérience.

La figure 1 représente le point de vu de Simplicio et la figure 2 celui de Salviati. Cette expérience correspond à la chute d’une pierre du haut d’un mât d’un bateau qui avance en ligne droite à vitesse constante.
Pour Simplicio, la pierre tombe à l’arrière du bateau.

Pour Salviati elle tombe au pied du mât.
A ton avis, qui a raison ? .....................................


Problématique


Pour répondre à ce problème nous disposons de moyens modernes : caméscopes, téléviseurs, magnétoscopes, ordinateurs... Apprenons à les utiliser !

Il sera nécessaire aussi d’apprendre du vocabulaire pour exprimer notre raisonnement et de bénéficier des connaissances des savants comme Galilée.

Qui a raison ? Voilà la question. Et pourquoi ?

protocole (à suivre quand cela sera nécessaire)


NB : Ce protocole prend pour base l’étude de la video « chgolf.mov ». Tout ce qui est encadré devra être changé suivant la vidéo étudiée.


  1. Lance le logiciel CD-MOVIE : C’est un logiciel de pointage essentiellement.

(salle 210) Démarrer Physique-chimie Mécanique CD-MOVIE ou (ailleurs) Démarrer Physique-chimie CD-MOVIE


  • Choix et préparation de la séquence :

  1. Dans le logiciel, cherchons la séquence vidéo préenregistrée qui correspond :

    Image Série d’images Par nom de fichier.

  1. Sélectionne le fichier chgolf.mov puis clique sur OK.

  2. Pour que le repérage des positions de la balle soit exploitable, on doit afficher une image avec une échelle (EC) :

    Image Image à afficher. Clique sur OK.

  1. Préparons l’échelle : Préparer Échelle.

    Clique successivement sur les deux extrémités de la planche, verticale et blanche, visible uniquement sur l’image EC. Renseigne correctement la fenêtre qui s’ouvre : Elle fait 2 mètres de haut.




  • Repérage de la trajectoire :

  1. Préparons le pointage : Préparer Intervalle : Garde celui indiqué qui est de 40 ms.

    Préparer Nombre de points : 1 (ce sera le centre de la balle de golf)

  1. Repérons les positions successives de la balle de golf :

Mesures Pointage.

Clique sur le centre de la balle avec soin. L’image suivante apparaît aussitôt.

  1. Après la dernière image, une fenêtre s’ouvre : « Voulez-vous sauver cette acquisition ? ». Réponse : « NON ».

Apprentissage


Comment filmer une telle expérience ?

Expérience : Prenons l’exemple une balle roulant sur une table puis, arrivée au bout, tombant par terre.
Hypothèses : 1ère phase, comment est sa trajectoire et sa vitesse ? _____________________________________

2nde phase (quand elle tombe), même question : __________________________________________

Questions :

  1. Une séquence vidéo se compose d’une succession d’images apparaissant à la cadence de 25 images par seconde. Quel est l’intervalle de temps t entre deux images successives ? (en s puis en ms)

  2. En observant image par image, que peux-tu dire de la trajectoire de la balle ? Corrige ainsi tes hypothèses.

Entraînons-nous sur une séquence vidéo préenregistrée !

Expérience : Prenons l’exemple de la chute d’une balle lâchée d’une certaine hauteur. Le fichier à utiliser est intitulé « chgolf.mov ». C’est le moment d’utiliser le protocole vu plus haut.
Hypothèses : Que peux-tu dire de son mouvement ? (Fais Cinéma) ______________________________________
Exploitation :

  1. Quelle est la forme de la trajectoire de la balle ? Corrige ton hypothèse : C’est soit rectiligne, soit curviligne (mais là les adjectifs ne manquent pas : parabolique, circulaire, cycloïdal…)

  2. Combien de temps s’écoule entre deux « croix » c’est-à-dire entre deux positions successives de la balle ?

  3. Comment vois-tu que la vitesse de la balle augmente ? Son mouvement est-il uniforme, accéléré ou ralenti ?

Expérience façon galilée


Utilisons cette méthode pour répondre au problème de galilée ! Pour cela on se propose d’étudier une scène analogue : Une balle est lâchée d’un vélo qui avance en ligne droite à vitesse constante. La balle dans notre expérience filmée représente la pierre dans l’expérience de galilée, tout comme notre vélo correspond à son bateau.
Travail à faire :

  • Recherche le fichier « velchu.mov », ouvre-le et observe la séquence vidéo... comme au Cinéma ! Pour cela utilise le protocole vu plus haut en l’adaptant. Où se trouveront le cycliste et son vélo lorsque la balle touchera le sol ? Si tu ne le vois pas bien, observe la vidéo image par image.

  • Décris le mouvement de la balle ? Utilise le vocabulaire adéquat... deux mots suffisent ! ______________________ ____________________________________________________________________________________________


Pour préciser notre réponse, utilisons les possibilités du logiciel ! Il y a des précautions de langage à prendre...
Travail à faire (suite) :

Procède comme précédemment (voir le Protocole), en tenant compte toutefois des renseignements ci-dessous :

  • Affiche l’image échelle EC. Règle quelques paramètres :

  • la hauteur de la règle est 2 mètres 

  • le nombre de points à cliquer par image est : 2

  • Effectue le pointage en cliquant TOUJOURS dans l’ordre indiqué sur deux points :

  • point n°1 : le centre de la balle

  • point n°2 : un point fixe sur le vélo (par exemple le haut du bidon)

  • Une fois le pointage réalisé, les deux trajectoires s’affichent.


Exploitation :

  1. L’observateur (celui qui filme) est immobile par rapport au sol :

  1. Quelle est la trajectoire du vélo par rapport à l’observateur ? ______________________________________ Comment la reconnais-tu ? ___________________________________________________________________

  2. Quelle est la trajectoire de la balle par rapport à l’observateur ? _____________________________________

  1. Et si l’observateur filmait depuis le vélo ou, c’est équivalent, filmait en se déplaçant à la même vitesse que le vélo :

  1. Verrait-il le vélo immobile ou en mouvement par rapport à lui-même ? _________________________________

  2. Quelle serait la trajectoire de la balle par rapport au vélo donc à lui-même ? ____________________________


Aide pour cette dernière question :

Le logiciel permet de changer de point de vue : un physicien dirait changer de référentiel.

Jusqu’à présent le référentiel était le sol car on a visualisé les trajectoires des deux points par rapport au sol.

Pour changer de référentiel et visualiser la trajectoire de balle par rapport au vélo, procède comme suit :

Exploitation  Mouvement relatif

Point à représenter : Coche « point n°1 », c’est-à-dire la balle.

Repère lié à : Coche « point n°2 » pour que le vélo soit le point de vue de l’observateur.

conclusion

Rappelons que la balle dans notre expérience filmée représente la pierre dans l’expérience de galilée, tout comme notre vélo correspond à son bateau.
 Dans la figure 2, relie à main levée les trois positions de la pierre : Quelle forme de trajectoire retrouves-tu ? Précise quel est le point de vue (ou référentiel ) de l’observateur, le sol ou le bateau ?
Que faut-il répondre à la question « Quelle est la trajectoire de la pierre (ou de la balle) » ? Attention, la réponse est complexe et demande d’être précise dans la rédaction...
Qui avait raison, Simplicio ou Salviati ? Derrière quel personnage se cachait Galilée ?






9028.doc Page sur 19/04/17

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