Pendule à ressort
Cette expérience a pour but d’étudier le pendule à ressort en recourant à l’approximation d’un ressort sans masse.
Ce que les élèves apprennent
- Pendule à ressort
- Le concept d’énergie potentielle
- Le concept d’énergie cinétique
Les fondements scientifiques de cette expérience
Comme nous l’avons vu dans le montage expérimental, notre pendule à ressort est constitué d’une masse suspendue à un ressort sans masse ; lorsqu’une masse m est appliquée, la force de gravité, combinée à la réponse du ressort, fait osciller la masse autour de la position d’équilibre vers laquelle notre système est naturellement entraîné pour se stabiliser sous l’effet du frottement de l’air.
Pour commencer, accrochons une masse m à notre ressort et notons sa position sur l’échelle graduée une fois l’équilibre atteint ; déplaçons-la à partir de cette position en étirant le ressort d’une longueur Δx et, à l’aide du chronomètre fourni, mesurons le temps que met notre pendule pour effectuer plusieurs oscillations autour de la position d’équilibre.
Que constaterions-nous en répétant la même étape si nous passions de m à 4m, puis à 8m ?
À partir de ces considérations, nous pouvons déterminer dynamiquement la valeur de la constante élastique du ressort.
Ainsi, l’effet net de la gravité se limite à déplacer le point d’oscillation sans modifier l’amplitude.
Matériel utilisé
- Ressort en acier avec indicateur, diamètre 21 x longueur 140 mm, diamètre du fil 0,75 mm — MEC-017
- Chronomètre numérique — MEC-055
Questions destinées aux élèves
- La masse du pendule a-t-elle une incidence sur la période d’oscillation dans le cadre de l’approximation des petites oscillations ?
- Considérons un pendule de longueur L. De combien dois-je réduire la longueur L du pendule pour que sa période T soit égale à la moitié de sa valeur initiale ?
À quoi s’attendre
Comme l’indique l’expression fondamentale de T, la masse n’influe pas sur la période d’oscillation. Il faudrait diviser L par quatre.
Réalisez cette expérience dans votre classe
Cette expérience s'inscrit dans le cadre d'ATP Volta, un laboratoire scientifique mobile autonome qui transforme une salle de classe ordinaire en véritable laboratoire dédié aux STEM, proposant plus de 200 expériences en physique, chimie, biologie, robotique et ingénierie. « Gali », le tuteur basé sur l'IA intégré à ATP Connect, guide les élèves à chaque étape et répond à leurs questions directement au poste de travail.
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