Séance de travaux pratiques de physique n° 1
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1. 2 menu 3 NM AT 4 level Un appui prolong pour Choisir DC ou Un appui long permet de passer du Niveau de passer du mode analogique AC suivant le mode de d clenchement d clenchement au mode num rique cas tudi automatique au d clenchement choisir normal NM affich 30 de la Une br ve pression permet de tension max choisir le front de d clenchement 5 DEL TR POS 6 reset single En tournant le bouton 6 1 Pression prolong e active vers la droite permet de le mode single sgl fixer la date du 6 2 Pression br ve permet d clenchement choisir l acquisition de l v nement 10 du temps max apr s avoir r alis les connexions 9 D placement des curseurs Si cursor position activ curs 7 Curseur 8 Choix des on off curseurs par et curs 2 peuvent tre d plac s exemnle At Les indications de l cran HM507 D clenchement voie 1 sur front descendant Retard au Base de temps Choisir synchronisation d clenchement 10ms div DC Intervalle de temps At entre les deux curseurs Fr quence d chantillonnage 20 kHz 50 us entre deux mesures Z ro voie 1 Niveau et retard au d clenchement Z ro voie 2 Curseurs I et II Single sgl un seul Sensibilit voie 1 2V div Sensibilit voie 2 500 mV div enregistrement et tension DC et tension DC2. S ance de travaux pratiques de physique n 1 tude d oscillateurs forc s R sum A Oscillations d un ressort vertical On mesurera la p riode de l oscillateur libre pour un amortissement visqueux eau On mettra en vidence le ph nom ne de r sonance de l oscillateur forc On d terminera les facteurs de qualit des oscillateurs libre et forc et on les comparera B Oscillations d un pendule ressort C est un exemple d oscillateur frottements solides On observera en particulier l amortissement des oscillations libres d un tel oscillateur On mettra en vidence le ph nom ne de r sonance de l oscillateur forc On d terminera les facteurs de qualit des oscillateurs libre et forc et on les comparera Objectifs Le but du TP est d tudier les oscillateurs forc s avec diff rents types d amortissement visqueux et solide d analyser le ph nom ne de r sonance et de mesurer des facteurs de qualit L tude des oscillations forc es et de la r sonance pourra tre faite sur l un des deux dispositifs l tude des oscillations libres amorties doit tre vue sur les deux A Prise en main de l oscilloscope num rique Visualiser un signal x f obtenu la sortie d un g n rateur basses fr quences Mesurer son amplitude maximum en utilisant les curseurs Mesurer sa p riode en utilisant les curseurs Imprimer la copie de l cran B Oscillations d un ressort verti
3. cal 1 Mesure de la fr quence propre On tirera le ressort la main d une longueur inf rieure 5cm On mesurera la p riode d oscillation Ta du mouvement et on estimera l incertitude de la mesure On en d duira la fr quence vo 2 tude l oscilloscope des oscillations forc es du ressort la masse tant dans l eau Accrocher le cylindre par l interm diaire d un fil conducteur isol travers la partie haute du dispositif de mesure Immerger totalement l ensemble dans le r cipient rempli d eau Le cylindre au repos doit tre approximativement au centre de l appareillage Observer le mouvement d oscillations forc es s assurer que le cylindre et le fil se meuvent librement Appliquer une tension de 2 V maximum entre les armatures du dispositif Mesurer la tension entre le ressort et la masse de l alimentation l oscilloscope Ce dispositif permet d obtenir un signal x oppos et proportionnel l longation AZ du ressort une constante additive pr s et le le signal y t d excitation du ressort Visualiser les signaux x t et y f En r gime permanent v rifier que y t Y cos wt et x t X cos wt o Mesurer l amplitude X et la phase pour diff rentes valeurs de la fr quence v et tracer les courbes X v et v D terminer la fr quence de la r sonance v qui correspond au maximum Xmax la largeur Av de la courbe Xmax V2 et en d duire le facteur de qualit Q v A
4. ectriques les d placements du cylindre et ceux de l extr mit du ressort entra n par le moteur il est possible de visualiser et enregistrer les oscillations du pendule O t cos wf et son excitation y Y cos o ft Laisser la tension d alimentation des capteurs de positions sur 12 V 12 V 1 tude l oscilloscope des oscillations forc es Mesurer la tension entre le ressort et la masse de l alimentation l oscilloscope Ce dispositif permet d obtenir un signal x oppos et proportionnel l longation AZ du ressort une constante additive pr s et le le signal y d excitation du ressort Visualiser les signaux x t et y f En r gime permanent y f Y cos t et x t X cos wt o Mesurer l amplitude X et la phase pour diff rentes valeurs de la fr quence v et tracer les courbes X v et gr D terminer la fr quence de la r sonance v qui correspond au maximum Xmax la largeur Av de la courbe Xmax V2 et en d duire le facteur de qualit Q v Av on prendra un nombre de valeurs au voisinage du maximum suffisant pour d terminer pr cis ment les quantit s v et Av Quel est le d phasage entre l longation et l excitation basse fr quence A haute fr quence A la r sonance 2 tude l oscilloscope des oscillations libres amorties On r gle la fr quence de l excitation au voisinage de la r sonance v puis on coupe l alimentation du moteur Obser
5. v on prendra un nombre de valeurs au voisinage du maximum suffisant pour d terminer pr cis ment les quantit s v et Av Comparer v la valeur de va d termin e lors de l exp rience pr liminaire compte tenu des incertitudes estim es Que pouvez vous en conclure Quel est le d phasage entre l longation et l excitation basse fr quence haute fr quence la r sonance 4 tude des oscillations libres amorties du ressort On r gle la fr quence de l excitation au voisinage de la r sonance vs puis on coupe l alimentation du moteur Observer le mouvement L enregistrer gr ce l oscilloscope m moire La courbe peut tre repr sent e par une fonction x t X e cos wt Sur cette courbe l cran mesurer la pseudo p riode des oscillations T 27 et le temps caract ristique d amortissement T Comparer T la valeur Toi d termin e lors de l exp rience 1 o la masse tait dans l air La p riode d pend elle de l amortissement Le facteur de qualit Q peut ici tre d fini parQ T 2 m T T Comparer cette valeur la valeur obtenue pour les oscillations forc es compte tenu des incertitudes estim es Que pouvez vous en conclure C Oscillations forc es et libres d un pendule ressort Ce pendule est constitu d un objet cylindrique suspendu entre deux ressorts tendus horizontalement Gr ce des capteurs de position traduisant en signaux l
6. ver le mouvement L enregistrer gr ce l oscilloscope m moire L amortissement des oscillations libres du pendule est il d crit par une loi en e Si oui quelle est la valeur de T Si non quelle est la fonction math matique qui le d crit L amortissement du pendule correspond il un frottement fluide Si non quel type de frottement correspond il Sur cette courbe l cran mesurer la pseudo p riode des oscillations T 27 comparer T la valeur T de la p riode la r sonance Mode d emploi simplifi de l oscilloscope num rique HAMEG 507 1 Pour une utilisation analogique r glages sans aucune connexion 2 3 Recall 2 Intensit focalisation Shore cho 1 Marche arr t Activ par pression br ve default pour une sur tracerot si n cessaire remise de tous les r glages leur valeur d usine 5 Base de temps 4 Ypos curs1 Affich e sur l cran R glage vertical de la trace en Pr voir un ordre de l absence de curseur sinon grandeur d placement du curseur S 6 Voie 1 Par br ve pression 6 bis Dual Les 2 voies par br ve pression L7 1 1 7 et 7 bis AC DC GND 8 et 8 bis Sensibilit en Par pression br ve menu volts div affich e l cran d roulant affich une autre Pr voir un ordre de pression br ve pour s lectionner grandeur l option 2 Pour une utilisation en num rique activer 1 Hold stor on
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