TP de physique


TP02 : Mesure de durées
I. Mesure d'une durée
1. Quel est le nom de l'instrument utilisé pour mesurer des durées ?
2. Quelle est la précision de chacun des instruments ci-contre ? Lequel faut-il utiliser pour obtenir une mesure de plus grande précision ?
3. Proposer et rédiger un protocole permettant de mesurer le plus précisément possible la durée d'un mouvement à l'aide d'un de cesinstruments.
4. Plusieurs élèves mesurent la durée d'un même mouvement. Les résultats des mesures seront-ils identiques ? Pourquoi ?

II. Bref historique du chronométrage sportif
Les Grecs sont à l'origine des Jeux olympiques, à une époque (entre le VIIIème siècle av.J-C et le IVème siècle ap. J-C) où seule importait la victoire, témoignage de la faveur divine. Depuis la résurrection des JO en1896, la quête du record prime : des protocoles de chronométrages ont été établis et sans cesse revus et améliorés, afin de connaître au mieux la durée des courses. Ils permettent même de déterminer la vitesse des athlètes.
Le chronographe à aiguille, inventé au début du XIXème siècle, permet d'obtenir, en 1862, une mesure précise au 1/5e de seconde.
En 1896, à Athènes, lors des premiers JO, le100 m est remporté par Thomas Burke en 12,0 s. 1/5e de seconde le séparait du second. La précision du chronométrage au 1/5e de seconde devient donc insuffisante. Le chronométrage au 1/10e de seconde a été utilisé à partir de 1912.
L’œil humain ne peut distinguer séparément deux évènements que s'ils sont séparés d'au moins 1/10e de seconde. C'est donc la meilleure précision que l'on peut obteniravec un chronométrage manuel. Les premiers enregistrements électriques précis au 1/100e de seconde datent de 1902. Couplés à des caméras, ils sont utilisés au JO de Los Angeles en 1932.
En 1968 ont lieu à Mexico les premiers jeux chronométrés automatiquement, avec la possibilité de départager les concurrents au 1/1000e de seconde.
1. Sur une frise chronologique, placer les différentes évolutionstechniques relatives au chronométrage en indiquant la précision de la mesure.
2. Pourquoi est-il nécessaire d'améliorer la précision du chronométrage ?
3. Pour chronométrer une course de 100 m, un élève équipé d'un chronomètre au 1/100e de seconde est situé à 50 m de la ligne d'arrivée et à 112 m du starter. Lui est-il possible de déclencher instantanément le chronomètre quand il entend le coupde feu du starter ?
Donnée : vitesse de propagation des ondes sonores : 340 m.s-1.
4. Lui est-il possible d'arrêter instantanément le chronomètre quand le premier athlète passe la ligne d'arrivée ?
Donnée : vitesse de propagation des ondes lumineuses : 3,0.108 m.s-1.
5. Le temps de réaction pour arrêter le chronomètre peut-il compenser le temps de réaction pour le déclencher ?

III. Commentdépartager de façon certaines, les concurrents de cette course ?
Présentation de la vidéo de la course de 200 m des championnats d’Europe de Barcelone 2010. Dans cet extrait, le présentateur annonce (en parlant de C. Lemaitre) « je crois qu’il a gagné »…
1. Comment peut-on départager les concurrents et annoncer de façon certaine que le sprinteur français a, ou non, remporté la course ?
2.Observer le document « Qui a gagné ? » projeté : la victoire de C. Lemaitre est-elle confirmée ?

Pour départager les concurrents, la mesure de la durée d'une course est de nos jours réalisée grâce à une photo-finish. Nécessitant une caméra particulière, fixe en face de la ligne d'arrivée, elle est obtenue en juxtaposant plusieurs images.
En effet, la caméra prend une série de photographies àl'arrivée, jusqu'à 1000 images par seconde. De chaque photographie, on ne garde que la bande centrale (sur une largeur d'un pixel) qui correspond à la ligne d'arrivée. La photo-finish se forme en mettant bout à bout chaque « bande centrale ». Elle n'est donc en aucun cas une photo instantanée de l'arrivée mais une représentation du déroulé dans le temps de l'arrivée.
Principe de la photo-finish...