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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.
Our activities on Life and Earth Sciences
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.
Soccer ball trajectory analysis using video
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Skier speed calculation 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.
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.
Biomechanics patterns of a pole vault jump using video analysis
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.
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.
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.
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 !
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.
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
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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