Faire des sciences avec son smartphone - Ulysse DELABRE EPU 2017 11/07/2017 - Enseigner la Physique à l'Université
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Faire des sciences
avec son smartphone
Ulysse DELABRE
11/07/2017
EPU 2017
Contexte
➔ S1 commun : UE Mécanique (CI, TP) + UE coloration
Physique
➔ UE coloration Physique
But : Présenter des outils simples et un panorama de la physique
➔ Pas si facile de faire des TP
› 12 groupes en parallèle
› Organisation complexe des salles de TP et coût associé
› 1 seul TP ? Quel thème ? Quand ?
› Faire des TPs en préparation d’un cours
2
Contexte & enjeux
➔ En parallèle :
MOOC Physique des Objets du quotidien
(5ème semaine sur le smartphone)
➔ Expérimenter simplement
➔ Nécessité d’un outil
le smartphone
➔ 5 TPs smartphone en L1 auprès de 350 étudiants
de l’Université de Bordeaux.
3
Les smartphones : un sacré outil de distraction
• Du téléphone portable
monofonction ….
Martin Cooper
Motorola (1973) Téléphone portable (2000)
…. au
smartphone
multifonction
Les smartphones : un concentré de capteur
Plusieurs capteurs sont
utilisés pour détecter vos
mouvements, pour
économiser la batterie, pour
Optique jouer ….
« Galaxy S4 gets you closer to
what matters in life, bringing
Magnétique Mécanique your world together ! »
Galaxy S4 gets you closer to the
SCIENCE LAB !
Le Galaxy S4 devient votre
laboratoire !
Thermodynamique Magnétique
Un smartphone = « a mobile lab » = un mini laboratoire mobile
SPL mètre Baromètre Accéléromètre Magnétomètre
Luxmètre
Gyromètre Microphone Capteur CCD
5 TPs smartphone
➔ (TP Le Pendule)
Analyse dimensionelle
➔ TP Résonance d’une corde Représentation graphique
➔ TP Effet Doppler
Lien avec l’astrophysique
➔ TP Eclairement et la détection d’exoplanète
➔ TP Microscope Lien avec l’optique, les instruments
➔ TP Absorption Lien avec la désintégration
des muons
7
Organisation des TPs
➔ TP par groupe de 4 étudiants
➔ Les étudiants doivent rendre 1 compte-rendu par TP
➔ Quand : quand les étudiants sont libres
2 semaines pour rendre le compte-rendu
➔ Où : partout et dans une salle « ouverte » OpenLAB sous la
surveillance des techniciens qui contient 2 smartphones
8
Etude du pendule avec un
smartphone
Application : Phyphox, Sensor Kinetics, Sensor Log ou Physics Toolbox Suite (Android)
Utilisation de l’accéléromètre
accéléromètre
Utilisation des MEMS
Micro Electro Mechanical SystemsFonctionnement d’un accéléromètre
› On va mesurer une capacité d’un condensateur différentiel
fixe
ressort
masse m
1 quelques
condensateur C centaines de
C1 C2
d
d µmLe pendule simple
• Détermination de la période
..
L a l
T 2
LL
X
θ .
g a l ²
Y
GM
g champ de pesanteur = Terre
R ²
TerreLe pendule simple
• Détermination de la période
..
T/2 a l
X
.
Le pendule
LL
a l ²
simple Y
Exportation et traitement des données pour une meilleure
détermination de TVariation de la période T en fonction L
• Variation de la longueur L
4 ² L(m) 4 L gT 2 2
24
théorie
16
L
4 pi²L
8 expérience
0
0,0 0,8 1,6 2,4
T²
T ²(s ²)
Extension : Formule de Borda (T en fonction de l’angle θ0 )Des accéléromètres très précis !
TP Résonance d’une corde Application : AKL(iOs) ou SoundAnalyzer (Android), Frequency Generator
TP Résonance d’une corde :
Comment varie la fréquence de résonance en fonction de la longueur L ?
1
f
L
Application AKLite, SoundAnalyzer
17TP Effet Doppler :
comment remonter à la vitesse des planètes ?
Illustrations
M. Dobrijevic, LAB
f V
f émetteur
f f f .
récepteur V récepteur émetteur émetteur c
1
c
si VTP Effet Doppler 19
Vitesse du son par effet Doppler à vélo !
Récepteur
V
À l’éloignementTP Eclairement :
Variation de l’éclairement en fonction de la distance ?
Lieu du TP : salle OpenLAB ou ailleurs
E 0
r²
21TP Absorption 22
TP Microscope :
Transformer son smartphone
en microscope »
1 (n 1)
Rc
'
f R
c
eau
n 1,33
• Plus Rc est petit plus la distance focale f’eau est courte !
• Pour l’eau si Rc = 1 mm, alors f’eau ≈ 3 mm.Mesurer la taille d’un cheveu
Calibration avec une règle Image d’un cheveu
1 mm en vrai
1 mm
Transformer son 4,5 cm sur le
smartphone en smartphone
microscope ! 3 mm
sur le smartphone
0,003
Donc un cheveu mesure environ d x 1 mm=0,0667 mm 67 µm
0,045Quelques images
France sur une pièce de Pixels
20 c Cristal
de sel
1 mm
50 µm
Oeil de bourdon Cellules d’oignonRetours des étudiants Quelques Remarques : - « Ludique », « impressionnant » - « Ca ne fonctionne pas / pas assez précis » mauvaise manipulation -Il y a des anti-smartphones (pour le coté physique du moins) - Pour certains, ce ne sont pas de « vrais TP » car pas de gros matériel 26
Mesure de tension Etude de la loi Réalisation d’un
de surface de Malus spectromètre
MECANIQUE ACOUSTIQUE
Mesurer la vitesse
du son
Etude du pendule Etude de trajectoire
OPTIQUE
ACOUSTIQUE
Transformer son
Phénomène de Phénomène smartphone
résonance de battement en microscopeChute libre Oscillation d’une Mesure des Mesure de
balançoire propriétés distance
visqueuses focale
P
Mesure du coefffient
de restitution Décroissance
d’une balle de Mesure de Mesure radioactive
Tennis ou Ping-Pong Pressiond’intensité J. Kuhn et al, Physics Teacher
Acoustique/Mécanique lumineuse
et également mesure de champ magnétique , etc….Amortissement du pendule
Chute de bille
Loi de Malus
Détection d’exoplanète
Sujet d’extension !
Plusieurs sujets de TP L1-L3 Beer-Lambert
possiblesUn smartphone = « a mobile lab »
un mini laboratoire mobile pour TOUS
Prédiction du Groupe Erickson :
3,3 milliards d’abonnements
smartphone en 2018
En France , 27 millions d’utilisateurs
Dont 46 % des plus de 12 ans qui
Février 2015, La Tribune ont un smartphone
En 2018, 50% de la planète aura accès à un mini-laboratoire mobile !Conclusions ➔ Mise en place de TP smartphone - TPs ludiques, travail en équipe, construction d’un protocole simple - Retour très positifs des étudiants sessions Smartphone ! ➔ Références et applications Android : Physics Toolbox Suite (Vieyra Software), PhyPhox, Sensor Sense, Sensor Kinetics iOS: Phyphox, Sensor Kinetics, Physics Toolbox Suite, MOOC Physique des Objets du Quotidien (Bordeaux, France Université Numérique) inscriptions jusqu’au 16 juillet ! ! Conférence Expérimentale ESPGG : A. Deblais et U. Delabre MOOC Smartphone et Mécanique : J. Chevrier (Grenoble) Smartphone au lycée (IFE , Lyon, Philippe JeanJacquot) Des TP smartphones à l’Université , BUP soumis également 31 Colloque Smartphonique Oct 2017, Bordeaux (ulysse.delabre@u-bordeaux.fr)
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