L'analyse cinématique avec FizziQ Anthracite

La version Anthracite de FizziQ apporte de nouvelles fonctionalités au module cinématique de l'application. Dans ce post nous décrivons ces nouvelles fonctionalités et rappelons les atouts du smartphone et des tablettes pour cette analyse en classe.

Qu'est-ce que l'analyse cinématique ?

L'analyse cinématique par vidéo ou chronophotographie est une méthode utilisée pour étudier le mouvement des objets. Elle permet de visualiser et d'analyser comment un objet se déplace dans l'espace au fil du temps. Cette technique consiste à capturer une série d'images (photos ou vidéos) d'un objet en mouvement, puis à les examiner image par image.

Dans une chronophotographie, plusieurs phases d'un mouvement sont capturées en une seule image où les différentes positions sont superposées. Cette méthode est particulièrement utile pour observer des mouvements rapides ou complexes, comme le vol d'un oiseau ou le mouvement d'un athlète.

Avec l'analyse vidéo, les mouvements sont enregistrés en temps réel et peuvent ensuite être analysés en ralentissant la vidéo. Cela permet d'observer les détails du mouvement qui ne sont pas perceptibles à l'œil nu.

Comment accéder au mode Cinématique

Dans FizziQ, vous pouvez accéder au mode Cinématique depuis l'écran Mesures, dans la section Instruments.

FizziQ propose deux méthodes d'analyse du mouvement :

1. Cinématique par vidéo : Permet d'étudier un mouvement en analysant les images d'une vidéo

2. Chronophotographie : Permet d'étudier un mouvement en analysant les images d'une chronophotographie

   
   

Étapes d'analyse d'un mouvement

Sélection de la source vidéo ou photo

Lorsque vous lancez l'outil cinématique, vous avez plusieurs options pour choisir votre source :

• Mes vidéos/Mes images : Sélectionnez une vidéo ou une image depuis votre galerie

• Télécharger : Importez une vidéo ou une image depuis internet en copiant son URL

• Librairie vidéos/Librairie photo : Accéder à une bibliothèques de vidéos spécifalement créées pour l'analyse en classe. Vous y trouverez des vidéos de mouvements sur le sport, des collisons, des chutes, des mouvements paraboliques ou de rotations.

L'application propose également quelques exemples intégrés comme "Chute libre", "Parabole" et "Pendule".

Paramètres de la vidéo

Si vous avez opté pour l'analyse d'une vidéo, le logiciel va déterminer automatiquement le nombre d'images et la longuer de la vidéo et en déduire la cadence de la vidéo (nombre d'images par secondes). Il va également déterminer l'orientation de la vidéo. Par défaut toutes les images sont utilisées (échantillonage). Il est possible de modifier ces informations en allant dans les réglages dans l'écran de calibration (voir plus loin).

Pour une chronophotographie, il faudra entrer ces données manuellement.

Calibration de l'échelle et réglages

L'étape suivante consiste à calibrer l'échelle pour que les mesures soient précises :

1. Positionnez la règle sur l'écran en déplaçant son origine et son extrémité

2. Définissez la longueur réelle de cette règle en mètres (en appuyant sur la valeur numérique)

3. La direction du repère est déterminer selon les positions relatives de l'origine et l'extrèmeité. Il est ainsi possible d'orienter le repère dirigé vers le haut ou le bas ou vers la droite ou la gauche.

4. Par défaut l'origine est déterminée par l'intersection des deux axes, mais elle peut également être détachée des axes pour être placée n'importe ou sur l'écran.

5. Dans cet écran vous avez également accès à différents réglages en utilsant le bouton de réglages en haut à droite de la fenètre. Vous pouvez ainsi modifier la cadence, l'échantillonage (pour sauter des images), l'orientation de la vidéo, et la séparation de l'origine des axes.

Pointage des positions

Après la calibration, vous passez au pointage des positions :

1. Utilisez la mire (cercle rouge) pour pointer précisément l'objet dont vous voulez suivre le mouvement

2. Tapez sur l'écran pour valider chaque point

3. Pour une vidéo, utilisez les flèches et le curseur pour avancer ou reculer dans le temps et placer des points sur l'objet à chaque étape du mouvement

   
   

Analyse des résultats

Une fois tous les points placés, appuyez sur le bouton "Résultats" pour visualiser l'analyse cinématique.

L'analyse peut inclure de nombreux paramètres comme :

• Les positions X et Y

• La distance à l'origine

• Les vitesses instantanées (V, Vx et Vy)

• Les accélérations horizontale et verticale

• L'angle de rotation

• L'énergie cinétique et potentielle (si la masse est définie)

Sélectionnez entre 1 et 5 données, et exportez ces données dans le cahier en appuyant sur l'onglet "Cahier". Les données sont alors accessibles dans le cahier d'expérience pour être analysées sous la forme d'un tableur.

Navigation

Il est possible de naviguer entre les différents écrans et de revenir en arrière sans perdre l'analyse ou le pointage. De même, une fois dans le cahier, on peut revenir à l'analyse pour analyser des éléments particuliers.

Utilisation du tableur pour l'analyse de données

Lorsque vous enregistrez vos résultats d'analyse cinématique dans votre cahier d'expérience, ils apparaissent sous forme d'une carte d'observation tableau. Le tableur FizziQ vous offre de nombreuses fonctionnalités pour exploiter ces données :

Manipulation des données

1. Personnalisation des colonnes :

   • Modifiez les labels des colonnes pour les adapter à votre étude (ex : "Position x", "Vitesse y")

   • Ajustez le nombre de décimales affichées pour chaque colonne selon la précision requise

2. Calculs supplémentaires :

   • Ajoutez de nouvelles colonnes pour calculer d'autres grandeurs physiques

   • Par exemple, calculez l'énergie mécanique totale en additionnant l'énergie cinétique et potentielle

Utilisation des formules pour l'analyse cinématique

Voici quelques exemples de formules particulièrement utiles pour l'analyse cinématique :

1. Calcul de la vitesse moyenne :

   =(B - prec(B)) / (A - prec(A))

   Où A est le temps et B la position

2. Calcul de l'accélération :

   =DERIVE(C, A)

   Où C est la colonne de vitesse et A le temps

3. Calcul de l'énergie cinétique :

   =0.5 M (C^2 + D^2)

   Où M est la masse, C la vitesse selon x et D la vitesse selon y

4. Calcul de l'énergie potentielle :

   =M 9.81 B

   Où M est la masse et B la position verticale

Visualisation graphique des données cinématiques

Le mode graphique du tableur est particulièrement utile pour visualiser les résultats :

1. Visualisation des trajectoires :

   • Sélectionnez la position X en abscisse et la position Y en ordonnée pour visualiser la trajectoire spatiale

2. Étude de la vitesse et de l'accélération :

   • Graphique du temps (abscisse) par rapport à la position, la vitesse ou l'accélération (ordonnée)

   • Superposez plusieurs courbes pour comparer différentes grandeurs

3. Utilisation des interpolations :

   • Les interpolations linéaires et quadratique sont particulièrement adaptée pour les mouvements à accélération constante (chute libre, mouvement parabolique)

   • L'interpolation sinusoïdale est idéale pour les mouvements périodiques (pendule)

4. Extraction de paramètres physiques :

   • Pour un mouvement à accélération constante, la pente de la courbe vitesse-temps donne l'accélération

   • Pour un mouvement périodique, la période peut être déterminée en mesurant l'intervalle entre deux maxima

     
     

Conseils pratiques

L'utilisation d'un smartphone pour est particulièrement intéressant pour l'apprentissage des concepts de la cinématique en classe. La raisqon principale est que les élèves peuvent créer leur propre vidéo t l'analyser immédiatement, ce qui est particulièrement motivant pour eux. Vous trouverez ci-dessous quelques bonnes pratiques pour faire une bonne vidéo à analyser :

1. Qualité de la vidéo : Utilisez des vidéos avec une bonne résolution et un bon éclairage pour faciliter le pointage.

2. Référence d'échelle : Assurez-vous d'avoir un objet de dimension connue dans la vidéo pour calibrer correctement l'échelle.

3. Points de référence : Choisissez des points facilement identifiables sur l'objet pour obtenir un suivi cohérent.

4. Angle de vue : Filmez perpendiculairement au plan du mouvement pour éviter les distorsions de perspective.

5. Cadence adaptée : Pour les mouvements lents, utilisez l'échantillonnage pour espacer les points et faciliter l'analyse.

6. Masse de l'objet : Si vous souhaitez calculer des énergies, n'oubliez pas de spécifier la masse de l'objet en mouvement.