Mesurer d’une longueur
Cette expérience permet aux élèves d’apprendre à mesurer des longueurs à l’aide d’un pied à coulisse et leur fait découvrir la signification physique des erreurs de mesure.
Ce que les élèves apprennent
- Mesurer des longueurs
- Erreur dans les mesures de longueur
Les fondements scientifiques de cette expérience
Un pied à coulisse est un instrument servant à mesurer la distance entre deux côtés symétriquement opposés. Un pied à coulisse peut être aussi simple qu’un compas dont les pointes sont tournées vers l’intérieur ou vers l’extérieur. Les pointes du pied à coulisse sont ajustées pour s’adapter aux points à mesurer ; le pied à coulisse est ensuite retiré et la distance est lue en mesurant l’écart entre les pointes à l’aide d’un outil de mesure, tel qu’une règle. Le plus ancien pied à coulisse a été découvert dans l’épave grecque du Giglio, près des côtes italiennes. Ce navire remonte au VIe siècle av. J.-C. Cette pièce en bois comportait déjà une mâchoire fixe et une mâchoire mobile. Bien que rares, les compas restaient utilisés par les Grecs et les Romains. À l’époque de la dynastie Han (202 av. J.-C. – 220 apr. J.-C.), les Chinois utilisaient également le compas coulissant, qu’ils fabriquaient en bronze et sur lequel ils gravaient le jour, le mois et l’année de fabrication.
Les pieds à coulisse utilisés aujourd’hui offrent une précision au centième de millimètre (ou au millième de pouce) près.
Mâchoires extérieures : utilisées pour mesurer le diamètre extérieur ou la largeur d’un objet.
Mâchoires intérieures : utilisées pour mesurer le diamètre intérieur d’un objet.
Sonde de profondeur : sert à mesurer la profondeur d’un objet ou d’un trou.
Échelle principale : indique les mesures avec une décimale au maximum (en cm).
Le vernier permet d’obtenir des mesures avec deux décimales (en cm).
Dispositif de retenue : sert à bloquer une pièce mobile afin de faciliter le transfert d’une mesure.
Le pied à coulisse vous permet de mesurer des épaisseurs extérieures, des diamètres intérieurs et des profondeurs de trous jusqu’à 130 mm, avec une précision de 0,05 mm.
Le pied à coulisse se compose d’une partie fixe munie d’une échelle graduée en mm et d’une partie coulissante, dotée d’une échelle divisée en 20 divisions (vernier). La partie coulissante peut se déplacer par rapport à la partie fixe en appuyant sur le levier de blocage.
Il est toujours recommandé de répéter chaque mesure plusieurs fois, puis de calculer la moyenne arithmétique des valeurs obtenues.
En effet, l’échantillon peut simplement donner l’impression d’être régulier ou être partiellement déformé par la pression qui lui est exercée. Il serait trompeur d’attribuer à la valeur d’une mesure une précision égale à la sensibilité du pied à coulisse (0,05 mm). Une autre estimation possible de l’erreur peut être obtenue en calculant la différence entre les valeurs minimales et maximales mesurées. L’échelle du vernier est conçue de manière à ce que ses graduations soient espacées d’une fraction constante de l’échelle principale fixe. Si l’on superpose les deux échelles en alignant leurs points zéro, la première graduation de l’échelle du vernier se trouvera à un dixième de la première graduation de l’échelle principale, la deuxième à deux dixièmes, et ainsi de suite jusqu’à la neuvième graduation, qui sera décalée de neuf dixièmes.
Matériel utilisé
- Pied à coulisse, plage de mesure 0 – 160 mm, précision 0,05 mm (plastique) — MEC-004
- Cylindres à chaleur spécifique — HEA-009
Questions destinées aux élèves
- Que pouvez-vous dire de ces résultats ? Les valeurs que vous avez obtenues sont-elles identiques ? Pourquoi ?
À quoi s’attendre
Les valeurs indiquées dans le tableau constituent un exemple de mesures effectuées sur les cylindres fournis avec l'ATP Volta ; elles correspondent à une moyenne calculée sur 10 mesures, tant pour h que pour d. On peut estimer les erreurs liées à ces grandeurs physiques à l'aide de la sensibilité du pied à coulisse, qui est de 0,1 mm.
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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