Life and earth sciences
 

The mobile phone, or smartphone, is the ideal tool for studying life and earth sciences. Transportable, with great autonomy, equipped with numerous scientific instruments such as the compass, the colorimeter or the GPS (Global Positioning System), the smartphone makes it possible to study the phenomena in the world around us. We have collected here science activities and experiments that can be done in the field such as studying the colors of fall, analyzing the heart rhythm by using the accelerometer or studying the physiology of the system vascular by photoplethysmography. 

Incertitude

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Analyser les incertitudes de mesures

Chaque fois que l’on fait des mesures, en physique ou dans d’autres disciplines, des erreurs sont attachées à ces mesures, qui proviennent 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

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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.

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Le basket

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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.

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Le ski

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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

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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.

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Meet Leibnitz

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Energy conservation in a pendulum (using a measure of centripetal acceleration)

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

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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

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Spectrum analysis of 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

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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

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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

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Kinematics analysis of the landing speed of a rocket

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

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Compute the value of gravity g by measuring a free fall

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

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How does distance reduce noise level ?

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

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Energy conservation for a pendulum (kinematics 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

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Relation entre niveau sonore et distance à la source

Il est souvent mentionné dans les manuels scolaires que le son décroit avec le carré de la distance mais peu d'expériences permettent de le vérifier. 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

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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

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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.