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La cinématique et le sport

Nos activités sur le sport

Le badminton

Trajectoire d'un volant de badminton

La trajectoire d'un volant de badminton est-elle une parabole comme la trajectoire d'une balle de basket par exemple ? Dans cette activité l'élève analyse la vidéo d'un athlète qui lance un volant de badminton et détermine Cette activité a pour but de calculer par l'analyse cinématique la vitesse du skieur John Clarey pendant les JO d'hiver de 2022. L'élève apprendra a prendre en main le module cinématique, et à conduire l'analyse. Il calculera les vitesses horizontales et verticales de l'athlète, puis la norme de cette vitesse, qu'il pourra comparer à la vitesse officielle calculée.

Skier

How to measure the speed of a skier using video analysis?

Students calculate the speed of a skier during a ski competition using the analysis of a video taken from FizziQ's video library. They could also analyse their own video taken with a smartphone. Students analyze the trajectory to determine the speed of the skier and confirm the speed displayed by the TV company of the screen. Introduction to video analysis using FizziQ kinematics module is fully described in the protocol.

Soccer

What is the trajectory of a soccer ball?

Students carry out the kinematic analysis of a shot on goal from a video from the video library. They can also analyse their own video taken with a smartphone. They analyze the trajectory to determine if it is rectilinear, and the speed to check that the ball's movement is uniform. Introduction to video analysis using FizziQ kinematics module is fully described in the protocol.

Basketball

What is the trajectory of a basketball?

In this activity, the student studies the trajectory of a ball by kinematic analysis of a video of a shot. He will find an appropriate scale and then point to the different positions in FizziQ kinematic analysis module . By adding the calculated positions to his notebook, he will determine the type of trajectory of the ball, then using the smoothing tool, he will calculate the equation of the curve and confirm his intuition about the shape of the curve.

Measuring the earth

Measure the distance between 2 points by triangulation

The purpose of this experiment is to measure the distance between 2 distant points using the triangulation method. First, the student performs the protocol on the law of sines. The method of calculating the lengths of a triangle can be used to measure very long distances: the Struve arc represents the largest triangulation network: it extends from Hammerfest in Norway to the Black Sea on a length of more than 2820 kms. The student can implement this method on a smaller scale, for example in the playground by trying to measure the greatest distance there. Before putting into practice and calculating the different angles with the theodolite, it is advisable to start by making a diagram on a sheet of paper by recording the different points that will be used for the measurements and viewing the video on the triangulation.

Pole vault

How do pole vault jumpers jump so high?

Pole vault jumping is one of the most complex sport on which to conduct a biomechanics analysis. Using a video and the kinetics module of FizziQ, students are able to study the movement of the athlete, identify the various phases, apply the various the laws of mechanics to understand how the athlete takes off and why they jump so high. This analysis will make them understand the difficulty of this sport, and they will be able to make suggestions for the athlete to improve their performance.

Pendule de Newton

Energie mécanique et loi de conservation de l'énergie pour un pendule de Newton

Le pendule de Newton est un pendule se composant de cinq billes et permettant d'illustrer les théories de conservation de la quantité de mouvement et de l'énergie. Le comportement de ce système a été étudié à la fin du XVIIème siècle par les scientifiques John Wallis, Christopher Wren et Christiaan Huygens. Dans cette expérience, nous utilisons une vidéo de pendule de Newton pour tester la loi de conservation de l'énergie par analyse cinématique. Les calculs permettent d'estimer le coefficient de restitution du pendule. Si les élèves disposent d'un pendule de Newton, ils peuvent également faire leur propre vidéo et l'utiliser pour faire l'analyse cinématique.

Centre de gravité

Déterminer le centre de gravité d'un mouvement complexe

Il est en général facile de déterminer le centre de gravité d'une personne debout ou allongée. Mais comment le déterminer quand un athlète effectue des figures complexes qui entraînent des déformations de son corps ? Heureusement, nous savons que le centre de gravité d'un plongeur décrit une parabole. En utilisant cette information, l'élève réalise une analyse cinématique du plongeon d'une athlète, et, par essais successifs, positionne le centre de gravité sur la vidéo jusqu'à obtenir le mouvement parabolique attendu pour ce point.

Ascenseur du ciel

Un avion grimpe t-il plus vite qu'un ascenseur ?

L'ascenseur de la tour de Shanghai est le plus rapide au monde avec un vitesse de 20 m/s. En utilisant l'altimètre de FizziQ, on estime la vitesse ascensionnelle d'un avion de ligne et on détermine si cette vitesse est supérieure à celle de l'ascenseur de la tour de Shanghai.

Décollage

Calcul de la vitesse de décollage d'un avion de ligne

Comment utiliser l'accéléromètre d'un smartphone pour estimer la vitesse de décollage d'un avion ? L'analyse de la courbe donne également des informations intéressantes sur l'efficacité des réacteurs lors du roulage de l'appareil.

Plus léger

Est-on moins lourd en avion ?

A l'occasion d'un voyage en avion, on peut faire une expérience qui permet de vérifier que l'accélération de la pesanteur, g, est bien dépendante de l'altitude comme le prédite la théorie. Pour réaliser cette expérience, on utilise la mesure de l'accélération absolue d'un smartphone pour mesurer g avant le décollage et quand l'avion a atteint sa vitesse de croisière.

Effet tube

Mesurer la vitesse du son par émission d'un bruit dans un tube

Si plusieurs fréquences sont émises simultanément dans une cavité, les harmoniques de la fréquence de résonance de la cavité seront amplifiées par rapport aux autres fréquences émises. On utilise cette propriété pour mesurer la vitesse du son en utilisant un bruit blanc ou rose émis par un smartphone à travers un tube et en mesurant les fréquences qui sont amplifiées. Cette expérience est toujours étonnante pour les élèves et leur permet de mieux comprendre les phénomènes de résonance de Helmholtz, ainsi que les caractéristiques sonores du bruit blanc. On pourra également utiliser un bruit rose à la place du bruit blanc.

Helmholtz

Mesurer la vitesse du son par la fréquence de résonance d'un tube

La vitesse du son peut être calculée en utilisant la résonance acoustique d'un tube, un phénomène dans lequel un système acoustique amplifie les ondes sonores dont la fréquence correspond à l'une de ses propres fréquences de vibration. Les fréquences de résonance de certaines cavités comme un cylindre ou une bouteille sont faciles à déterminer et dépendent de la vitesse du son et de la forme de l’objet. En mesurant la fréquence de résonance, pour certains types de cavité, on peut ainsi déduire la vitesse du son. Dans ce protocole, l'élève utilise une éprouvette pour déterminer les paramètres qui semblent influer sur la fréquence de résonance puis utilise la formule de la fréquence de résonance pour calculer la vitesse du son.

Pop

Mesurer la vitesse du son en débouchant une bouteille de vin

Quand on débouche une bouteille de vin, on entend un son caractéristique dont la fréquence dépend du volume d'air du goulot et de la vitesse du son. Ce son est du à la résonance de l'air dans le goulot. En mesurant cette fréquence et en estimant le volume d'air, on peut estimer la vitesse du son. La fréquence peut être aisément calculée avec le fréquencemètre de l'application FizziQ. Attention, cette expérience ne peut pas vraiment être reproduite !

Cycloide

Etude expérimentale de la cycloïde

Dans cette activité, l'élève utilise l’outil cinématique pour étudier une cycloïde. Cette courbe représente la trajectoire d’un point fixé à un cercle qui roule sans glissement et à vitesse constante sur une route. A partir d’une vidéo d’un vélo, d’une voiture ou d’un camion par exemple, ou à partir de la vidéo d'un cycloid, l’élève pourra, via l’outil cinématique de FizziQ, visualiser la trajectoire et mesurer ses principales caractéristiques. On peut aussi voir comment se déforme cette courbe en faisant varier la hauteur du point pris sur le cercle.

Loi des sinus

Utiliser la loi des sinus pour mesurer les longueurs d’un triangle

En utilisant le théodolite, les élèves utilisent la loi des sinus pour mesurer les longueurs d'un triangle dans la cour de récréation.Cette mise en pratique permet une acquisition rapide et expérimentale d'un concept qui est souvent abstrait, et il peut être fait indifféremment avec une tablette ou un smartphone.

Triangulation

Mesurer la distance entre 2 points par triangulation

Le but de cette expérience est de mesurer la distance entre 2 points éloignés à l’aide de la méthode de triangulation. Dans un premier temps, l’élève réaliser le protocole sur la loi des sinus. La méthode de calcul des longueurs d’un triangle peut être utilisée pour mesurer de très longues distances : l’arc de Struve représente le plus grand réseau de triangulation : il s’étend d’Hammerfest en Norvège jusqu’à la Mer Noire sur une longueur de plus de 2820 kms. L’élève pourra mettre en œuvre cette méthode sur une plus petite échelle, par exemple dans la cour de récréation en cherchant à y mesurer la plus grande distance. Avant la mise en pratique et le calcul des différents angles avec le théodolite, il est conseillé de commencer par faire un schéma sur une feuille de papier en y reportant les différents points qui serviront aux mesures et de visualiser la video sur la triangulation.

Incertitude

Analyser les incertitudes de mesures

Toute mesure, en physique ou dans d’autres disciplines, contient une part d'incertitude, qui provient par exemple de la précision intrinsèque des instruments de mesure utilisés ou du protocole d’expérimentation. Dans cette activité, l’élève utilise son smartphone pour mesurer différentes grandeurs physique (par exemple le champ magnétique ou la vitesse de rotation lorsqu’il effectue un tour sur lui-même) et il étudie la distribution des résultats et observe comme varient moyenne et écart-type

Le saut à la perche

Analyse cinématique des mouvements d'une perchiste

L'analyse cinématique du mouvement d'une perchiste permet d'étudier de nombreux aspects des lois de la mécanique : conservation de l'énergie, énergie élastique, trajectoire parabolique, ... Cette analyse permet de mesurer la complexité de ce sport, et d'envisager des suggestions pour l'athlète pour améliorer ses performances.

Le basket

Trajectoire d'un ballon de basket lors d'un tir

Dans cette activité, l'élève étudie la trajectoire d'un ballon par analyse cinématique d'une vidéo d'un tir. Il trouvera une échelle appropriée puis pointera les différentes positions. En ajoutant les positions calculées à son cahier, il déterminera le type de trajectoire de la balle, puis en utilisant l'outil de lissage, il calculera l'équation de la courbe et confirmera son intuition sur la forme de la courbe.

Le ski

Calcul de la vitesse d'un skieur par analyse cinématique

Cette activité a pour but de calculer par l'analyse cinématique la vitesse du skieur John Clarey pendant les JO d'hiver de 2022. L'élève apprendra a prendre en main le module cinématique, et à conduire l'analyse. Il calculera les vitesses horizontales et verticales de l'athlète, puis la norme de cette vitesse, qu'il pourra comparer à la vitesse officielle calculée.

Le football

Etude de la trajectoire d'un ballon de football

L'élève réalise l'étude cinématique d'un tir au but à partir d'une vidéo de la bibliothèque de vidéos cinématique. Il analyse la trajectoire pour déterminer si elle est rectiligne, et la vitesse pour vérifier que le mouvement du ballon est uniforme. La prise en main de l'analyse cinématique est entièrement décrite dans le protocole.

Meet Leibnitz

Is the energy of a pendulum conserved (centripetal acceleration measure)?

In this activity, students use a smartphone as a pendulum to experimentally confirm the law of conservation of mechanical energy. The analysis includes a theoretical phase which consists in identifying the formula of the centripetal acceleration as a function of the height of the release. During the practical phase, students measure the centripetal acceleration of the smartphone when released at different heights, and check that the relationship is linear. This experiment uses the accelerometer of the smartphone.

Music scale

What is the link between notes and sound frequencies?

Using sounds from the sound library and measuring the fundamental frequency, the student calculates what the frequencies of the different musical notes are, how those notes are distributed within an octave, and what is the relationship between them. notes of different octaves. At the end of this study, the student tries to find the notes of a piece of music by identifying their frequencies.

White noise

What is a white noise ?

A noise is a sound made up of a multitude of sounds of random frequencies, volumes and durations. White noise is a particular noise whose spectral components have equivalent energy per cycle (in hertz). This results in a "flat" spectrum when plotting the frequency spectrum. The study of white noise is interesting because it allows us to make an analogy with white light. The very simple protocol shows the student the random characteristic of the frequencies that make up white noise and trains them to ask questions about the concept of noise, and the analogy between sound and light.

Huygens

Conservation de l'énergie pour un pendule (étude cinématique)

Le physicien Huygens au 17ème siècle est le premier à caractériser le mouvement d'un pendule simple. Dans l'activité proposée, à partir d'un enregistrement vidéo du mouvement d'un pendule disponible sur le site FizziQ.org, nous proposons l'étude cinématique d'un pendule qui permet de montrer de manière concrète le lien entre énergie potentielle et énergie cinétique. Il est possible pour le professeur ou les élèves de créer leur propre vidéo à étudier.

Space X

Analyse cinématique de la vitesse d'une fusée

Quel est le programme d'atterrissage d'une fusée Space X ? A l'aide du module de Cinématique, l'élève analyse le mouvement de descente d'une fusée Falcon 9 sur une barge en pleine mer. Il constate que la vitesse de descente de la fusée est linéaire. Pourquoi un tel objectif de descente ? Est-ce plus efficace ?

Space X

How do Space X rockets land?

What is the landing program for a Space X rocket? Using the Kinematics module, the student analyzes the descent movement of a Falcon 9 rocket on a barge in the open sea. He notes that the descent speed of the rocket is linear. Why such a downhill goal? Is it more efficient?

Galileo

How to estimate the value of g-force?

Galileo is the first to document that the distance an object travels during a fall is proportional to the square of the elapsed time. It thus determines the value of the earth's gravity. The student reproduces this experience on his laptop. He or she measures the time it takes for an object to fall by recording the values of linear acceleration measured by his or her smartphone. He or she deduces a value for weightlessness from the hourly equation of free fall.

Chloé at the concert

How far should I be from a loudspeaker to save my hearing?

It is often mentioned in textbooks that the sound decreases with the square of the distance, but few experiments allow this to be verified. In this protocol, the student uses the sound of white noise from the sound library which achieves very stable and precise results. The activity opens up discussions on the risks of noise for health and the irremediable consequences for the body of a sound trauma.

Meet Huygens

Is the energy of a pendulum conserved (video analysis)?

The 17th century physicist Huygens is the first to characterize the motion of a simple pendulum. In the proposed activity, from a video recording of the movement of a pendulum available on the FizziQ.org site, we propose a kinematics analysis of a pendulum. Analyse kinetic energy, potential energy and mechanical energy of a pendulum. Teachers and students can also create their own video to study.

Chloé au concert

Relation entre niveau sonore et distance à la source

Dans cette activité, l'élève va étudier la relation entre l'intensité sonore et la distance entree l'émetteur et le récepteur. Pour vérifier cette relation il est essentiel d'utiliser un bruit blanc car sinon des interférences peuvent se produire due à la réflexion des ondes sonores sur les parties autour du dispositif. Dans ce protocole, l'élève utilise le son du bruit blanc de la bibliothèque de son qui permet d'obtenir des résultats très stables et précis. L'activité permet d'ouvrir des discussions sur les risques du bruit pour la santé et les conséquences irrémédiables pour l'organisme d'un traumatisme sonore.

Leibnitz

Conservation de l'énergie pour un pendule (mesure de l'accélération centripète)

Dans cette activité, l’élève utilise un smartpone comme pendule pour confirmer expérimentalement la loi de la conservation de l’énergie mécanique. L’analyse comporte un phase théorique qui consiste à identifier la formule de l’accélération centripète en fonction de la hauteur du lâcher. Durant la phase pratique, l’élève mesure l’accélération centripète du smartphone après un lâcher à différentes hauteurs, et vérifie que la relation est linéaire. Cette expérience utilise l’accéléromètre du téléphone portable.

Galilée

Calcul de la valeur g par analyse de la chute libre

Galilée est le premier à documenter le fait que la distance parcourue par un objet durant une chute est proportionnelle au carré du temps écoulé. Il détermine ainsi la valeur de la pesanteur terrestre. L'élève reproduit cette expérience avec son portable. Il ou elle mesure le temps que met un objet à tomber en enregistrant les valeurs de l'accélération linéaire mesurées par son smartphone. Il ou elle en déduit une valeur de l'apesanteur à partir de l'équation horaire de la chute libre.

Accélérocardiogramme

Déterminer la fréquence cardiaque par les mouvements de la cage thoracique

L'élève découvre comment l'accéléromètre permet de mesurer de très petites variations de mouvements comme par exemple les battements de son coeur. Il en déduit son rythme cardiaque et créer un graphique qui ressemble à un électrocardiogramme

La gamme

Etude de la relations entre notes de musique et fréquences

En utilisant les sons de la bibliothèque de son et la mesure de la fréquence fondamentale, l'élève calcule quelles sont les fréquences des différentes notes de musique, comment ces notes sont réparties au sein d'une octave, et quelle est la relation entre les notes de différentes octaves. A l'issue de cette étude, l'élève essaie de retrouver les notes d'un morceau de musique en identifiant leurs fréquences.

Bruit blanc

Quelle sont les fréquences qui composent un bruit blanc ?

Cette activité permet à l'élève de mieux comprendre les concepts de fréquence et de spectre de fréquence en analysant le bruit blanc présent dans la bibliothèque de son ou tout bruit blanc trouvé sur internet. Un bruit blanc est un son composé d'une multitude de sons de fréquences, de volume et de durées aléatoires. Un bruit blanc est un bruit particulier dont les composantes spectrales ont une énergie équivalente par cycle (en hertz). Cela se traduit par un spectre « plat » lorsqu’on en trace le spectre de fréquences. L'étude du bruit blanc est intéressante car elle permet de faire une analogie avec la lumière blanche. Le protocole très simple montre à l'élève la caractéristique aléatoire des fréquences qui composent le bruit blanc et l'entraîne à se poser des questions sur la notion de bruit, et l'analogie entre son et lumière.

The sound of the bell

What is so special about the sound of a bell ?

The sounds of the bells are quite special because they are inharmonic. This differentiates them from other musical instruments. In this protocol, the student studies the difference between the frequency spectrum of the sound of an oboe and that of a bell. He notes that the frequencies of the sound of the bells are not harmonics, unlike the sound of the oboe. This protocol familiarizes the student with the notion of harmonics and frequency spectrum.

Le son des cloches

Sons harmoniques et non harmoniques avec l'étude du son des cloches

Les sons des cloches sont tout a fait particuliers car ils sont inharmoniques. Ceci les différencie des autres instruments de musique. Dans ce protocole, l'élève étudie la différence entre le spectre de fréquence du son d'un hautbois et celui d'une cloche. Il constate que les fréquences du son de la cloches ne sont pas des harmoniques, contrairement au son du hautbois. Ce protocole permet de familiariser l'élève avec la notion d'harmoniques et de spectre de fréquences. Une extension possible de ce protocole est le protocole sur les battements car l'élève notera peut-être que le son d'une cloche incorpore des phénomènes de battements générés par la combinaison de fréquences très proches.

Perseverance sur Mars

Est-il possible de ses déplacer en ligne droite sans boussole ?

A travers l'étude du robot Perseverance, l'élève étudie la notion de mouvement rectiligne. Il utilisera l'accéléromètre, le gyroscope, ou le luxmètre pour réfléchir sur le fonctionnement autonome d'un robot. Le protocole permet à l'élève de se poser de multiple questions sur le mouvement autonome, un sujet très actuel.

Meet Flume

What is an acoustic beat?

The study of acoustic beats allows students to easily understand the phenomena of interference on sound waves. The resulting volume oscillation effect produces an effect similar to those used by modern artists in electronic music.

Bang

How fast is the speed of sound?

The speed of sound calculation uses triggers. This practical work allows the student to get comfortable with programmatic tools to build his experience while at the same time building a scientific reasoning for the calculation.

Flume

Comment l'effet de battement acoustique est utilisé en musique électronique

L'étude des battements acoustiques permet aux étudiants de comprendre simplement les phénomènes d'interférence sur les ondes sonores. L'effet d'oscillation de volume qui en résulte produit un effet similaire à ceux utilisés par les artistes modernes en musique électronique.

Boum

Mesure de la vitesse du son avec un smartphone

Cette activité permet à l'élève de mesurer la vitesse du son en utilisant deux téléphones portables. Au cours de cette activité, l'élève découvre comment créer un chronomètre sonore avec les déclencheurs, puis le concept de synchronisation des horloges de deux smartphones. Cette activité permet d'obtenir des résultats précis à 5% de la vitesse du son dans l'air.

Linear acceleration

What is linear acceleration?

In this discovery module, the student studies the notion of linear acceleration and the different components of this acceleration. He discovers that speeding up and slowing down are equivalent.

Astronauts and spinners

Could an astronaut survive in a salad spinner?

By studying the practical case of a smartphone placed in a salad spinner, the student calculates the relationship between rotation and centrifugal acceleration. There will also be questions about the measurement limits of the instruments.

It's yellow, it's ugly ...

Why it is smart to wear a reflective vest at night?

Study the capacity of several diffusing objects to diffuse light more or less well

Build your own pedometer

Do you know how pedometers work?

By studying the functioning of the pedometer, the student studies the movement of his body using the accelerometer, works on the notion of pattern, and uses the notion of threshold to create his own pedometer.

Tuning forks

Do all tuning forks generate the same frequency?

El estudiante encuentra diferentes formas de analizar la frecuencia de un sonido comparando el sonido de diferentes diapasones mientras aprende la historia de la música.

Doppler effect

Can you measure a speed using the Doppler effect?

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