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Université des Sciences et de la Technologie d’Oran (USTO TRAVAUX PRATIQUES Pre

Université des Sciences et de la Technologie d’Oran (USTO TRAVAUX PRATIQUES Première année Génie Mécanique Université des Sciences et de la Technologie d’Oran (USTO Faculté de Physique TRAVAUX PRATIQUES MECANIQUE Première année LMD Semestre 1 Génie Mécanique et Génie Maritime Génie Civil Métallurgie Responsable : Mr. BENBEKRITE Année universitaire Université des Sciences et de la Technologie d’Oran (USTO-MB) . BENBEKRITE D. Année universitaire : 2016-2017 Sommaire : TP Intitulé Pages 1 La loi de newton 6-7 2 Le pendule pesant 8-10 3 Le ressort a boudin 11-13 4 Le pendule de torsion 14 - 17 5 La chute libre 18-19 6 Conservation mécanique de l’énergie (Roue de maxwell) 20-21 Objectifs des travaux pratiques : L'objectif des travaux pratiques est d'appréhender différents domaines de la physique, et d'acquérir des méthodes expérimentales, c'est à dire en particulier : - confronter théorie et expérience, - choisir un appareil de mesure et réaliser des montages, - évaluer les incertitudes liées aux mesures, ainsi que celles liées au modèle physique, - exploiter les mesures en tenant compte des spécifications du constructeur, - comparer des méthodes de mesure, - apprendre à structurer ses prises de notes, - argumenter et synthétiser sous la forme d'un rapport. Organisation : Le travail de TP se fait en binôme. Chaque binôme devra rédiger 2 parties (préparation et rapport) : - une partie manuscrite comprenant sa préparation théorique (travail à domicile), - et un rapport de synthèse des résultats (expérimentaux). Il devra ainsi rendre en fin de séance une fiche résumant les 2 parties (feuille réponse). Chacune des sept manipulations de TP comprend trois parties : préparation à domicile, séance de manipulation et rédaction du rapport. La préparation est un travail à faire en binôme avant la séance. Les étudiants doivent chercher à faire les exercices proposés dans le polycopié de TP dans la partie introductive. Ce travail est d'autant plus nécessaire que la manipulation porte sur des principes non encore abordés en cours : il vise à mieux comprendre le phénomène étudié et les objectifs du TP. Les étudiants devront arriver à la séance de TP avec un niveau de préparation tel qu'il ne reste plus qu'à faire les mesures et les interpréter. À chaque fois que cela est possible, il faut faire avant la séance le tracé des courbes théoriques : les points mesurés seront alors reportés directement sur ces courbes. La préparation rédigée sera vérifiée par l'enseignant et noté. La séance de manipulation est un travail fait en binôme. Toutes indications utiles (notice d'appareil, consignes) sont à prendre en compte de même que les remarques de l'enseignant. L'objectif d'un TP n'est pas de faire tous les montages proposés mais d'apprendre à manipuler : le binôme ne commencera pas une nouvelle partie avant d'avoir terminé la précédente. Il s'assurera en particulier de la validité des résultats en les comparant avec les valeurs théoriques et en estimant les incertitudes chaque fois que cela est possible. La rédaction de la feuille réponse (compte-rendu) est donc le résultat d'un travail de binôme fait avant et pendant la séance. Quelques conseils pour la rédaction du compte-rendu sont donnés ci-après : 1 - Les noms des auteurs et la date de la manipulation doivent figurer sur toutes les pièces du compte- rendu (feuille réponse + graphiques). 2 - Le rapport est destiné à un lecteur averti ayant l'habitude de lire des résultats de mesures. Il peut faire référence aux notations et aux figures du fascicule de TP, aux tableaux de la copie d'analyse. 3 - Ne pas oublier de conclure à la fin de chaque séance. Evaluation : Chaque manipulation sera notée par binôme. La note d'une manipulation tiendra compte de trois parties égales : qualité de la préparation, conduite de la manipulation, qualité du rapport. La note finale de TP sera calculée en pondérant les notes avec un poids croissant de 1 à 3 (1 pour la première séance, 2 pour les 2 suivantes et 3 pour les 2 dernières). Calcul d'incertitude : Erreurs et Incertitudes : D’une manière générale, les mesures réalisées en Physique - au sens large - sont toujours entachées d’erreurs. L’erreur de la mesure est la différence entre la valeur exacte recherchée et celle obtenue en réalité. On distingue différents types d’erreurs : les erreurs systématiques, les erreurs fortuites ou accidentelles et les erreurs sur les constantes. Les erreurs systématiques : Ces erreurs proviennent soit du procédé de mesure, soit de l’appareil de mesure. L’erreur systématique est constante en grandeur et en signe. Il est ainsi possible d’apporter au résultat de la mesure une correction convenable. Les erreurs fortuites ou accidentelles : Ces erreurs sont essentiellement variables en grandeur et en signe. On peut réduire leurs conséquences en multipliant le nombre de mesures et en prenant comme valeur numérique de la grandeur, la moyenne arithmétique des différents résultats. Une mesure est caractérisée par une incertitude absolue ou une incertitude relative. L’erreur absolue : L’erreur absolue δG commise sur la mesure d’une grandeur G est la différence entre la valeur approchée Ga adoptée comme résultat et la valeur exacte Ge, soit :δG = Ga- Ge. Comme Ge reste inconnue, δG est également inconnue. Toutefois, on peut toujours fixer des limites raisonnables entre lesquelles la grandeur physique G doit être comprise. L’incertitude absolue : On appelle incertitude absolue la valeur absolue maximale que peut prendre l’erreur absolue, soit : ∆G = sup.δG. L’erreur relative : L’erreur relative est égale au quotient de l’erreur absolue par la valeur exacte: δG/Ge. L’incertitude relative : On appelle incertitude relative le quotient de l’incertitude absolue par la valeur approchée Ga : ∆G/Ga . ∆G et Ga étant exprimés dans la même unité. L’incertitude relative renseigne sur la qualité d’une mesure physique, elle caractérise sa précision. Les erreurs sur les constantes Les constantes physiques doivent être prises avec un nombre de chiffres significatifs en rapport avec la précision du résultat recherché. Par exemple, dans une mesure où la précision est de l’ordre de 1/1000 on ne prendra pas π =3.14 alors que l’on peut avoir π avec autant de chiffres que l’on veut après la virgule. Expression des résultats Pour qu’une mesure physique soit utilisable, il faut exprimer sans ambiguïté dans le résultat les trois facteurs suivants : la valeur résultant de(s) mesures(s), l’incertitude absolue et l’unité. Les incertitudes sur la mesure sont de trois ordres : l’incertitude due à la lecture, l’incertitude due à l’appareil et l’incertitude due à la répétition de la mesure. Incertitude due à la lecture : la lecture d’une grandeur physique à l’aide d’un instrument présentant des graduations, s’accompagne d’une erreur dite de lecture. Exemple : Si l’on mesure une distance x à l’aide d’une règle graduée au millimètre et que la lecture se situe ente 52 mm et 53 mm, nous dirons par exemple que le résultat est 52.5 mm. Dans ce cas l’erreur absolue maximale de lecture est d’une demi division (x = 0.5 mm). Ceci s’applique aussi à des instruments tels que les chronomètres analogiques, dynamomètre …etc. Incertitude due à l’appareil de mesure : ce type d’erreurs est lié à la sensibilité de l’appareil donnée par sa classe de précision. La classe de précision d’un appareil est un nombre qui indique l’incertitude absolue que l’on peut commettre sur la valeur lue. Elle s’exprime en pourcentage de la graduation totale. Par exemple, pour un voltmètre de 0-300 V de classe 1.5, l’erreur absolue possible est de : 4.5 = 300x1.5/100. On en déduit que l’on a toujours intérêt à utiliser un appareil en travaillant au voisinage de la déviation maximale, l’incertitude relative de construction est alors la plus faible. Exemples : Supposons que l’aiguille d’un voltmètre de classe 1.5, branché sur le calibre 300, se trouve sur la graduation 160. L’incertitude absolue due à la construction de l’appareil vaut alors : ∆Vc = 1.5 × 300/100 = 4.5V. Supposons que sur cet appareil on apprécie facilement le quart de division (i.e. 0.25V). Par conséquent, l’incertitude absolue due à la lecture est : ∆VL = 0.25V. L’incertitude absolue a donc pour valeur ∆V = ∆Vc + ∆VL = 4.75V d’où une précision de mesure de: ∆V/V = 4.75 / 160 ≈ 2.9 %. Si lors d’une mesure de temps, un chronomètre numérique affiche 1.1 s. Un appareil plus sensible afficherait des valeurs comprises entre 1.05 s, 1.1 s. L’erreur absolue maximale dans ce cas est de 0.05 s. Incertitude due à la répétition de la mesure : effectuer une mesure plusieurs fois ne donne pas forcement le même résultat. Considérons N mesures d’une grandeur G. L’erreur absolue dans ce cas sera donnée par:      N i moy i G G N 1 1 G . Un grand nombre de mesures réduit l’erreur absolue sur la grandeur G. Erreurs sur les mesures indirectes Si la grandeur physique recherchée G est liée à différentes quantités mesurables a, b et c, chacune présentant une erreur absolue (∆a, ∆b, ∆c). Le calcul de l’erreur absolue sur G dépend de la relation G = f(a,b,c). Voici quelques exemples : G = uploads/Philosophie/ polycopi-tp-mec.pdf