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Le développement des microcontrôleurs et de la robotique accessible a introduit un nouvel outil pour les enseignants de sciences : les capteurs externes aussi appelés capteurs modulaires. Ces petits dispositifs, souvent basés sur la technologie MEMS, permettent de mesurer facilement et à faible coût des phénomènes physiques, chimiques ou biologiques. Cet article explore leur utilisation en classe, les options disponibles pour s’en procurer, ainsi que les capteurs les plus adaptés aux cours de sciences. Pourquoi utiliser des capteurs externes en cours de sciences ? La plupart des collèges et lycées sont équipés de matériel expérimental, quelle valeur ajoutée pourrait donc apporter des capteurs externes ? Ces petits outils modernes, simples et abordables, offrent une réelle valeur ajoutée. Leur flexibilité et leur polyvalence permettent de dépasser les limites des équipements classiques, en ouvrant la voie à une approche plus expérimentale et adaptée à de nombreux sujets : Diversité . Quel que soit le sujet étudié, il existe des capteurs adaptés pour mesurer des phénomènes variés : température, pression atmosphérique, humidité, CO2, composés volatils, particules fines, azote ou ozone. Ils s’intègrent facilement aux cours de physique, biologie ou chimie, ainsi qu’à des projets interdisciplinaires comme l’étude des écosystèmes ou des phénomènes climatiques. Ces outils offrent aux enseignants la possibilité de proposer des activités variées et accessibles, sans nécessiter un matériel coûteux ou complexe. Simplicité d’utilisation . Les capteurs externes sont simples à utiliser et se connectent facilement à des microcontrôleurs comme Arduino, micro:bit ou ESP32. De nombreux tutoriels gratuits en ligne permettent une prise en main rapide. Pour éviter la programmation, le boîtier FizziQ Connect offre une solution clé en main : il lit, enregistre et partage les mesures avec des smartphones ou tablettes via l’application gratuite FizziQ, simplifiant leur utilisation en classe. A ccessibilité financière . Contrairement aux équipements scientifiques traditionnels, souvent coûteux et limités à des usages spécifiques, ces capteurs sont disponibles à des prix très raisonnables tout en offrant des performances précises et fiables. Cela permet aux établissements scolaires de multiplier les expériences scientifiques, de les rendre accessibles à un plus grand nombre d’élèves, et de diversifier les thématiques explorées, le tout sans alourdir les budgets. Où trouver et comment choisir les capteurs pour vos projets scientifiques ? Popularisés par le développement des microcontrôleurs et des applications robotiques, les capteurs sont désormais largement disponibles auprès de revendeurs spécialisés dans l’électronique ou le matériel éducatif. Parmi eux, on peut citer Vittascience , A4 Technologies , GoTronic , ou Distrelec , qui offrent une vaste gamme adaptée aux besoins des classes et des projets. Ces revendeurs proposent des capteurs issus de nombreux fabricants. L’une des principales différences entre eux réside dans le type de connectique utilisée. Nous privilégions pour notre part les connecteurs Grove , basés sur le standard HYP 2.0, très répandu parmi les fabricants. Cette connectique robuste et fiable est particulièrement adaptée à un usage scolaire grâce à sa simplicité d’utilisation et sa durabilité. Parmi les fabricants de capteurs faciles à mettre en œuvre, trois acteurs majeurs se distinguent : M5Stack : Propose des capteurs avec un connecteur Grove et un boîtier intégré, offrant une protection supplémentaire pour le circuit électronique. Idéal pour les environnements éducatifs ou les projets nécessitant une manipulation fréquente. Lien : M5Stack Seeed Studio : Offrant une large gamme de capteurs économiques basés sur le standard Grove, ils constituent un excellent choix pour les écoles ou les projets à budget limité. Lien : Seeed Studio DFRobot : La gamme de capteurs Gravity est également basée sur le standard HYP 2.0, mais avec une inversion des pôles + et - par rapport aux capteurs de Seeed Studio. Une simple inversion des fiches permet de les rendre compatibles avec d’autres capteurs. Lien : DFRobot Les standards de communication des capteurs Une caractéristique importante à considérer lors du choix d’un capteur est son type de communication. Il est préférable de choisir un format simple à mettre en oeuvre comme le standard I2C ou la sortie analogique. Voici les principaux standards : I2C (Inter-Integrated Circuit) : Très populaire, ce standard série bidirectionnel utilise deux lignes (SDA pour les données et SCL pour l’horloge) et permet de connecter plusieurs capteurs sur un même connecteur, chacun ayant une adresse unique. Il est fiable et adapté à la plupart des projets éducatifs. 1-Wire : Ce protocole utilise une seule ligne de données pour connecter plusieurs capteurs. Bien que moins courant, il est utilisé par des capteurs spécifiques comme la sonde de température étanche DS18B20 , très répandue et économique. Analogique : Ce type de capteur produit une tension proportionnelle à la grandeur mesurée. Il nécessite un convertisseur analogique-numérique (ADC) pour être lu par un microcontrôleur. Bien qu’il ne permette pas le multiplexage, il reste très courant et simple à utiliser. TTL (Transistor-Transistor Logic) : Utilisé pour transmettre des signaux numériques compatibles avec les niveaux de tension standards des microcontrôleurs (3,3V ou 5V), il est courant dans les capteurs GPS et d’autres dispositifs numériques. Les normes I2C et analogique dominent largement le marché, représentant environ 95 % des capteurs disponibles. Elles combinent simplicité et flexibilité, ce qui en fait des solutions idéales pour l’enseignement et les projets scientifiques. Mise en oeuvre De nombreux tutoriels détaillent la manière de connecter et d'utiliser chaque capteur avec un microcontrôleur. Ces ressources, souvent disponibles directement sur la page du fabricant, incluent des instructions claires et des exemples de code prêts à l’emploi. Par exemple, pour le capteur de température et de pression atmosphérique ENV IV de M5Stack, la page dédiée fournit toutes les informations nécessaires, y compris le programme compatible avec Arduino. Pour ceux qui souhaitent éviter la programmation ou préfèrent utiliser un logiciel d’acquisition comme FizziQ , le boîtier FizziQ Connect constitue une solution pratique et rapide. Ce dispositif se connecte facilement à une large gamme de capteurs disponibles dans le commerce grâce à son connecteur au format HYP 2.0 (compatible Grove). Une liste complète des capteurs compatibles avec FizziQ Connect est accessible ici : Liste des capteurs compatibles . Nous avons ainsi exploré les différentes possibilités qu’offrent les capteurs externes. Passons maintenant à une sélection de 15 capteurs incontournables pour étudier les sciences en classe. Mesure température ambiante et hygrométrie (SHT30) Le capteur SHT30 permet de mesurer la température ambiante et l’ humidité relative avec une grande précision. Il peut fonctionner dans des environnements allant de -40°C à 125°C pour la température et de 0 à 100 % d’humidité. En classe, il est idéal pour des expériences sur les variations climatiques, ou la mesure d'humidité pour les sciences de la vie et de la terre. C'est un capteur versatile consommant peu d'électricité intégré avec le capteur QMP6988 de pression atmosphérique dans le capteur Env III de M5 Stack. Pour en savoir plus : Sensirion - SHT30 Datasheet ​ Capteur de pression atmosphérique (QMP6988) Le QMP6988 est un capteur extrêmement précis pour la mesure de la pression atmosphérique (300-1100 hPa). Il permet aux élèves de réaliser des expériences sur les variations de pression en fonction de l'altitude, ou les conditions météorologiques, ou la pression dans des sytèmes fermés. Il est intégré au capteur Env III de M5 Stack. Pour en savoir plus : QST QMP6988 Datasheet Mesure TVOC et eCO2 (SGP30) Le capteur SGP30 mesure la concentration de composés organiques volatils (COV) et de CO2 dans l’air, ce qui permet aux élèves d’étudier la qualité de l’air intérieur . En classe, ce capteur peut être utilisé pour analyser les impacts des émissions de COV dans différents environnements (comme une salle de classe fermée) ou pour surveiller la qualité de l'air lors d’expériences sur la ventilation. Il faut noter que ce capteur donne une mesure appelée eCO2, qui est une estimation du CO2, dérivée des émissions de COV. Il reflète généralement la qualité de l’air intérieur et est calculé en se basant sur la corrélation entre la présence de COV et les niveaux typiques de CO2 dans les espaces clos. Ce capteur est par contre très bon marcgé comparé aux capteurs dédiés de mesure du CO2 comme le SCD40. Pour en savoir plus : SGP30 - Sensirion Capteur de lumière (BH1750) Le capteur de lumière BH1750 est conçu pour mesurer l' intensité lumineuse ambiante de 1 à 65 535 lux. Ce capteur permet de réaliser des expériences sur la luminosité dans différents environnements, par exemple en étudiant l’effet de la lumière naturelle et artificielle sur la croissance des plantes, ou en explorant comment la lumière varie en fonction de la position géographique ou de l'heure de la journée. Pour en savoir plus : ROHM BH1750 Datasheet Mesure concentration CO2 (SCD40) Le capteur SCD40 permet de mesurer la concentration de CO2 dans l’air, un paramètre essentiel pour comprendre la qualité de l’air et les processus de respiration des êtres vivants . En classe, les élèves peuvent analyser les variations de CO2 dans des environnements clos ou ouverts, ou encore étudier l'effet de la photosynthèse des plantes sur la concentration de CO2 dans une serre. Le SCD40 utilise la technologie de spectroscopie photoacoustique infrarouge pour mesurer directement la concentration de CO2 dans l’air. Ce capteur fonctionne en envoyant une lumière infrarouge (IR) à travers un petit échantillon d'air. Les molécules de CO2 absorbent cette lumière à une longueur d'onde spécifique, ce qui cause une augmentation de la température de l'échantillon d'air. Cette chaleur entraîne des variations de pression, créant ainsi de minuscules ondes acoustiques. Le capteur détecte ces ondes acoustiques à l’aide de microphones ultra-sensibles, puis les convertit en un signal électrique proportionnel à la concentration de CO2. Cette méthode est extrêmement précise, même dans des environnements avec de faibles concentrations de CO2, et offre une excellente stabilité à long terme. Pour en savoir plus : SCD40 - Sensirion Sonde de température étanche (DS18B20) Le capteur DS18B20  est une sonde de température numérique qui offre une plage de mesure de -55°C à +125°C  avec une précision de ±0,5°C entre -10°C et +85°C. Il est conçu pour des environnements difficiles et peut être immergé dans des liquides ou utilisé dans des conditions humides grâce à son boîtier étanche. Une des fonctionnalités intéressantes du DS18B20  est la possibilité de connecter plusieurs sondes  sur le même bus de données grâce à son interface One-Wire . Cela signifie que vous pouvez utiliser deux ou plus  de ces capteurs simultanément pour obtenir des mesures de température à différents points d’une expérience, tout en utilisant une seule connexion de communication, ce qui simplifie l'installation. Elle peut être utilisée pour des expériences en chimie  ou en sciences de l’environnement , comme la mesure de la température de l’eau lors de réactions chimiques, ou encore pour surveiller des conditions climatiques dans des environnements humides. Pour en savoir plus : DS18B20 - Maxim Integrated Voltmètre courant continu (convertisseur A/D ADS1115) Le convertisseur A/D ADS1115 est un voltmètre permettant de mesurer de faibles tensions continues jusqu'à ±36V. En classe, il est parfait pour des expériences en électricité et électronique , notamment pour mesurer la tension dans des circuits simples ou pour analyser la variation de tension lors de la charge/décharge de batteries. On peut associer au Voltymètre un Ampèremètre pour les mesures d'intensité. Pour en savoir plus : ADS1115 - Texas Instruments Thermomètre infrarouge 2 (MLX90614) Ce capteur infrarouge mesure la température des objets à distance sans contact, avec une plage de -70°C à 380°C. Il est idéal pour des expériences où l'on veut mesurer la température d'objets difficiles d'accès ou très chauds. Les élèves peuvent l'utiliser pour analyser la dissipation thermique des matériaux ou mesurer la température des corps dans des expériences physiques. Pour en savoir plus : MLX90614 - Melexis Balance 5kg (convertisseur A/D HX711) Le convertisseur A/D HX711, associé à une balance, permet de mesurer des masses avec une grande précision, jusqu’à 5 kg. Ce capteur est parfait pour des expériences en physique et en chimie , comme la mesure de la masse de réactifs lors de réactions chimiques ou l’étude des relations entre force et masse dans des systèmes mécaniques. Pour en savoir plus : HX711 Datasheet Mesure de fréquence cardiaque et oxymétrie (MAX30100) Le capteur MAX30100 permet de mesurer la fréquence cardiaque et le taux d’oxygène dans le sang (SpO2) . Ce capteur est parfait pour des expériences en biologie , notamment pour étudier les effets de l'effort physique sur le corps humain ou pour observer les changements de la fréquence cardiaque en réponse à des activités comme la respiration ou l’exercice. Pour en savoir plus : MAX30100 - Maxim Integrated Détecteur UV (GUVA S12SD) Le capteur UV GUVA-S12SD de Seeed Studio est un capteur analogique conçu pour mesurer l’intensité des rayons ultraviolets (UV) dans une plage de longueurs d’onde de 200 nm à 370 nm, couvrant les UV-A et UV-B. Il convertit l’intensité UV en une tension analogique proportionnelle (de 0V à 1V), ce qui le rend facile à utiliser avec des microcontrôleurs comme Arduino. Compact et économe en énergie, ce capteur est idéal pour des applications telles que la surveillance de l’indice UV, le suivi de la lumière solaire ou l’étude des effets des UV sur les matériaux et les organismes vivants. Pour en savoir plus : GUVA S12SD -UV Datasheet Détecteur de particules fines (HM3301) Le capteur HM3301 permet de mesurer la concentration de particules fines (PM2.5, PM10) dans l'air, un indicateur clé de la qualité de l'air . En classe, il est idéal pour des expériences sur la pollution atmosphérique, en comparant la concentration de particules fines dans différents environnements urbains et ruraux ou lors de l’utilisation de différentes sources d’énergie. Pour en savoir plus : HM3301 - Seeed Capteur de pression - M5 Stack Ce capteur mesure la pression exercée sur une surface , offrant des résultats précis pour des expériences en physique ou en mécanique . Il permet d'analyser la pression dans des systèmes fermés ou d’étudier la relation entre force et surface dans des contextes de compression et de traction. Pour en savoir plus : M5Stack Pressure Sensor Mesure de distance (VL53L0X) Le capteur VL53L0X utilise un laser pour mesurer la distance  à un objet, avec une précision de quelques millimètres sur une plage allant jusqu’à 2 mètres. Les élèves peuvent l'utiliser pour des expériences sur la réflexion de la lumière , la vitesse de déplacement  d'objets, ou pour créer des projets de cartographie ou de détection d'obstacles en robotique. Le capteur VL53L0X  de STMicroelectronics  utilise une technologie de ToF (Time-of-Flight)  . Cette technologie repose sur l'envoi d'un faisceau laser infrarouge qui rebondit sur un objet, puis revient au capteur. Le VL53L0X  mesure le temps que met ce faisceau à effectuer l'aller-retour, appelé temps de vol ou Time-of-Flight, et utilise cette donnée pour calculer la distance précise entre le capteur et l'objet. Pour en savoir plus : ST VL53L0X Datasheet Mesure de Champ Magnétique (BMM150) Le BMM150 est un magnétomètre numérique trois axes conçu pour mesurer la direction et l’intensité des champs magnétiques avec précision. Compact et économe en énergie, il consomme seulement 170 µA en fonctionnement, ce qui le rend idéal pour les applications mobiles ou embarquées. Le BMM150 est facile à intégrer à des microcontrôleurs et systèmes embarqués, et il peut être utilisé pour des projets éducatifs ou scientifiques nécessitant des mesures précises du champ magnétique terrestre ou des analyse de champ magnétiques faibles. Pour en savoir plus : https://www.bosch-sensortec.com/products/motion-sensors/magnetometers/bmm150/ Conclusion FizziQ Connect, en s'associant à une large gamme de capteurs économiques mais performants, offre aux enseignants et aux élèves une plateforme puissante et flexible pour explorer une variété de concepts scientifiques en classe. De plus Fizziq Connect est versatile pusiqu'on peut configurer de nouveaux capteurs qui ne sont pas définis en standard. Grâce à la compatibilité avec des capteurs disponibles dans le commerce, les utilisateurs peuvent mesurer à moindre coût une plus grande variété de paralmètresphysiques tels que la température, la pression atmosphérique, la qualité de l'air, et bien plus encore, pour des expériences pratiques dans des domaines allant de la physique à la biologie en passant par l'environnement. L'intégration facile de capteurs, l'adaptabilité aux projets éducatifs variés, et la possibilité de combiner plusieurs sondes en simultané font de FizziQ Connect un outil pédagogique incontournable. Que ce soit pour mesurer la concentration de CO2, analyser la lumière ou surveiller la température dans des environnements extrêmes, FizziQ Connect transforme l'apprentissage scientifique en rendant les expériences accessibles, interactives et pertinentes.

Les leçons de Marie Curie, redécouvertes et adaptées avec soin par la Fondation La main à la pâte , constituent une ressource précieuse pour initier les élèves aux sciences de manière simple et efficace. Ces expériences, mêlant curiosité et rigueur scientifique, s’intègrent parfaitement dans une pédagogie active et moderne. Dans cet article, nous proposons de prolonger cet héritage en le rendant interactif grâce à FizziQ Junior. Bonne découverte et bonne expérimentation ! Les leçons de Marie Curie En 1907, Marie Curie, accompagnée de ses collègues scientifiques, initia une coopérative scolaire pour leurs enfants, où elle dispensa des leçons de physique élémentaire. Ces enseignements, consignés par une de ses élèves, Isabelle Chavannes, furent redécouverts et publiés en 2003 sous le titre "Les Leçons de Marie Curie" et firent l'objet en 2011 d 'une exposition-atelier créée par La Maison des Sciences et le CNRS S'inspirant de cet héritage, la Fondation La main à la pâte a élaboré un programme pédagogique intitulé "Les leçons de Marie Curie" , enrichissant et adaptant dix de ces leçons pour une exploitation en classe, conformément à l'esprit de La main à la pâte. Un livre a également été publié,  "40 expériences de physique élémentaire issues des leçons de Marie Curie" , proposant une exploration moderne de ces leçons de science. Chaque expérience d'origine a été revisitée avec un matériel contemporain adapté à la classe ou à la maison, et complétée par trois nouvelles expériences connexes pour renforcer les notions présentées de manière ludique et progressive. Ce livre, accessible aux enseignants, parents et curieux, permet de comprendre des concepts essentiels comme la pression, la densité, ou le poids de l'air. Parmi les leçons proposées, nous avons choisi d'adapter six activités au format FizziQ Junior : Montrer la présence de l'air : Mettre en évidence la présence de l'air en analysant l'immersion d'une bouteille dans l'eau. L'air a-t-il une masse ? : Démontrer que l'air a une masse, en comparant le poids d'une boîte avant et après avoir retiré l'air qu'elle contient. Qu'est-ce que la pression de l'air ? : Explorer la notion de pression atmosphérique en observant les effets du vide sur un ballon placé dans une boîte. Les vases communicants : Etudier le principe des vases communicants montrant que le niveau de l'eau s'équilibre dans deux récipients reliés entre eux. Le fonctionnement d'un château d'eau : Comprendre le rôle des chateaux d'eau dans la distribution de l'eau domestique. La poussée d'Archimède : Mesurer la poussée d'Archimède et d'aborder la notion de flottaison. Ces activités peuvent être aisément téléchargées dans l'application en scannant le QR Code ou en tapant le code alphanumérique dans le logiciel. Les enseignants peuvent également modifier et enrichir les activités puis les repartager avec les élèves. Aborder les leçons de Marie Curie avec FizziQ Junior FizziQ Junior, application pédagogique gratuite dédiée à l’apprentissage des sciences, a été concue dans le même esprit que celui des leçons de Marie Curie. Elle propose un environnement numérique mélant rigueur scientifique et approche ludique tout en exploitant les possibilités offertes par les nouvelles technologies pour enrichir l’expérience éducative. Au cœur de l’application se trouve un cahier d’expériences interactif, conçu pour guider les élèves tout au long de leur démarche scientifique. Ce cahier leur permet de visualiser les questions à explorer, de consigner leurs hypothèses, leurs observations et leurs conclusions sous forme de textes, et d’enrichir leurs travaux avec des dessins ou des photos capturés directement depuis l’application. Ce format encourage une approche active des sciences, où les élèves deviennent des explorateurs et des créateurs, plutôt que de simples récepteurs d’informations. FizziQ Junior propose d'autres fonctionalités telles que des instruments pour faire des mesures sur le son, la lumière, les couleurs ou le mouvement grâce aux capteurs embarqués dans la plupart des outils numériques, mais nous n'utilisons pas ces possibilités dans les activités de Marie Curie. Pour vous familiariser avec l'ensemble des fonctionnalités de FizziQ Junior, vous pouvez consulter cette vidéo explicative : Découvrir FizziQ Junior . Après cette courte introduction, passons maintenant aux sciences et découvrons ensemble six activités inspirées des cahiers de Marie Curie ! Comment mettre en évidence l’air ? (Cycle 2) L’air est partout autour de nous, mais comment prouver son existence alors qu’il est invisible ? Cette activité propose une expérience simple pour aider les élèves à comprendre que l’air occupe un espace. En plongeant une bouteille « vide » dans l’eau, ils observent que l’air s’échappe sous forme de bulles, démontrant qu’il est bien présent. Pour l’enseignant, cette activité constitue une introduction idéale à la notion de matérialité de l’air, posant les bases d’une réflexion scientifique. Elle initie les élèves à une démarche rigoureuse : formuler une hypothèse, observer et confronter leurs idées à la réalité. Cependant, certains élèves pourraient avoir du mal à accepter que la bouteille contienne réellement de l’air ou à comprendre pourquoi il s’échappe sous forme de bulles. Ces difficultés nécessitent une explication guidée, ancrée dans l’observation des phénomènes. Explorer la présence de l’air est une étape clé pour aborder des notions plus complexes, comme sa masse ou sa pression. Cette activité développe chez les élèves une curiosité scientifique essentielle pour percevoir leur environnement sous un nouvel angle. La fiche enseignant préparée par la Fondation La main à la pâte permet à l'enseignant de préparer le mieux possible cette séance. Pour charger l'activité dans FizziQ Junior, Aller dans Elèves > Mes Activités puis scanner le QR code ci-dessus ou taper le code suivant : CKEI GCWW L'air a-t-il une masse ? (Cycle 3) Après avoir découvert que l’air occupe un espace, cette activité permet d’aller plus loin en démontrant que l’air a une masse mesurable. En pesant une boîte avant et après en avoir retiré l’air, les élèves observent une différence de poids qui prouve que l’air est une matière avec un poids, bien qu’invisible. Pour réaliser cette expérience, une boîte à vide et une balance précise sont nécessaires. Ces outils, devenus accessibles, introduisent les élèves à la notion de mesure scientifique. Cette séquence est une opportunité de renforcer leur rigueur dans les manipulations et leur précision dans les observations. Cependant, accepter que l’air soit « pesant » peut être contre-intuitif pour eux. L’enseignant devra insister sur le fait que l’air, comme toute matière, est composé de particules et occupe un espace, ce qui explique sa masse. Vous pouvez consulter la fiche enseignant préparée par la Fondation La main à la pâte pour en savoir plus sur cette séance. Pour charger l'activité dans FizziQ Junior, Aller dans Elèves > mes Activités puis scanner le QR code ci-dessus ou taper taper le code KJVA MYCA Qu'est ce la pression de l'air ? (Cycle 3) Cette activité apporte une dimension dynamique aux connaissances acquises. Après avoir découvert que l’air est présent et a une masse, les élèves explorent ici une nouvelle propriété : sa capacité à exercer une pression. En observant un ballon partiellement gonflé dans une boîte à vide, ils voient directement les effets du changement de pression extérieure. Lorsque l’air est retiré, le ballon se gonfle ; lorsque l’air revient, le ballon reprend sa taille initiale. Pour l’enseignant, cette activité est l’occasion de guider les élèves dans la compréhension d’un concept abstrait. La pression, souvent difficile à saisir, peut être expliquée grâce à des métaphores simples, comme l’idée que « l’air pousse comme des mains invisibles ». Il est crucial de bien expliquer que le ballon se gonfle parce que la pression interne devient supérieure à la pression externe, et de définir clairement ce que signifie « faire le vide ». Le cahier complet de l'enseignant réalisé par la Fondation La main à la pâte peut être trouvé en suivant ce lien. Pour charger l'activité sur FizziQ Junior, Aller dans Elèves > mes Activités puis scanner le QR code ci-dessus ou taper taper le code FDYQ EARR Comment se comportent deux vases communicants ? (Cycle 3) Après avoir découvert que l’air exerce une pression sur les objets qui l’entourent, cette activité permet aux élèves d’explorer comment la pression agit sur les liquides. En versant de l’eau colorée dans une des branches d’un tube en U, ils observent que l’eau se répartit de manière égale entre les deux côtés, indépendamment de la quantité versée ou de l’inclinaison du tube. Ce phénomène met en lumière un principe fondamental : les liquides atteignent toujours un équilibre dicté par les forces de pression et de gravité. L’enseignant doit veiller à expliquer que la répartition de l’eau dans les vases communicants est due à la pression atmosphérique, qui agit uniformément sur les surfaces libres des deux branches, permettant à l’eau de s’équilibrer au même niveau. Il est essentiel de clarifier que cette surface libre reste toujours horizontale, même si le tube est incliné, ce qui peut être contre-intuitif pour les élèves. Enfin, l’enseignant devra accompagner les élèves dans l’identification et la correction des hypothèses erronées, telles que l’idée que l’eau pourrait rester plus haute dans la branche où elle est versée, en s’appuyant sur l’observation et les échanges pour structurer leur compréhension. Le cahier complet de l'enseignant réalisé par la Fondation La main à la pâte peut être trouvé en suivant ce lien. Pour charger l'activité sur FizziQ Junior, Aller dans Elèves > mes Activités puis scanner le QR code ci-dessous ou taper taper le code WDSP YMHW Comment l’eau arrive-t-elle au robinet ? (Cycle 2 - 3) Cette activité prolonge directement celle sur les vases communicants en explorant comment l’eau circule dans un système complexe de tuyaux grâce aux principes d’équilibre des liquides et de gravité. Les élèves apprennent que, tout comme l’eau s’équilibre dans les vases communicants, la pression générée par un réservoir en hauteur permet de distribuer l’eau dans les infrastructures domestiques. En variant la hauteur d’un réservoir dans l’expérience, ils observent que la gravité agit sur l’eau pour créer une différence de pression, entraînant son écoulement vers des niveaux plus bas. Les élèves en déduisent qu'il est possible de créer une pression constante dans les tuyaux en élevant un réservoir qui alimente un ville en eau potable. On pourra facilement prolonger cette expérience par un exercice qui consiste à localiser dans votre ville l'endroit où se trouvent les chateau d'eau, et pourquoi pas envisager la visite de ce lieu. Vous retrouverez le cahier complet de l'enseignant réalisé par la Fondation La main à la pâte en suivant ce lien. Pour charger l'activité sur FizziQ Junior, Aller dans Elèves > mes Activités puis scanner le QR code ci-dessous ou taper taper le code VVNZ QFXR Que devient le poids d’un objet plongé dans l’eau ? (Cycle 3) Enfin, nous proposons l'adaptation d'une dernière activité décrite par l'élève de Marie Curie sur la poussée d'Archimède. Cette activité permet aux élèves de comprendre pourquoi un objet semble plus léger lorsqu’il est plongé dans l’eau. À l’aide d’un dynamomètre, ils mesurent le poids d’un objet dans l’air, puis dans l’eau. Les élèves découvrent que le poids mesuré dans l’eau est réduit, ce qui indique qu’une force agit sur l’objet pour le pousser vers le haut. Pour l’enseignant, cette activité introduit des notions fondamentales sur la distinction entre masse, poids et poids apparent. Il est essentiel d’expliquer que l’objet ne perd pas réellement de poids dans l’eau, mais qu’il est soumis à une force qui réduit son poids apparent. L’analyse des résultats et les échanges guidés permettent de corriger les idées erronées et d’introduire progressivement le concept de volume déplacé. Cette expérience constitue une entrée concrète dans des phénomènes tels que la flottabilité, la conception des bateaux ou le fonctionnement des sous-marins. En explorant ces principes à travers une manipulation simple et visuelle, les élèves développent leur compréhension des forces invisibles, leur esprit critique et leur capacité à analyser des phénomènes complexes de leur environnement. Le cahier complet de l'enseignant réalisé par la Fondation La main à la pâte peut être trouvé en suivant ce lien. Pour charger l'activité sur FizziQ Junior, aller dans Élèves > Mes activités, puis scanner le QR code ci-dessous ou taper le code NYPH STBW Conclusion Les leçons de Marie Curie, revisitées et enrichies par la Fondation La main à la pâte, offrent une base solide pour l’enseignement des sciences à travers des expériences concrètes et accessibles. Les activités proposées permettent d’explorer des concepts physiques fondamentaux tels que la présence et la masse de l’air, la pression atmosphérique, l’équilibre des liquides et la poussée d’Archimède. L'utilisation de FizziQ Junior permet de rendre ces activités encore plus attractives pour les élèves pour les encourager à développer leur raisonnement scientifique.

Conçu autour du micro-contrôleur ESP32 , FizziQ Connect utilise toutes ses possibilités pour proposer aux enseignants une solution simple et de coût réduit pour réaliser des travaux d' Expérimentation Assistée par Ordinateur (ExAO) . Nous décrivons ci-dessous 10 caractéristiques de cet outil qui nous semblent particulièrement intéressantes pour les enseignants comme pour les étudiants. 1. Une architecture ouverte FizziQ Connect est conçu pour accepter des capteurs du commerce, largement disponibles avec le développement de la robotique, suffisamment précis pour une utilisation scientifique, et très peu chers. FizziQ Connect reconnait  une grande variété de capteurs . De nouveaux capteurs sont régulièrement ajoutés au fur et à mesure des demandes. 2. Intégration de Nouveaux Capteurs FizziQ Connect permet également de configurer de nouveaux capteurs analogiques . Le menu de configuration permet aux utilisateurs de définir les caractéristiques d'un capteur analogique et de l’ajouter dans le système. Cette flexibilité permet d'utiliser FizziQ Connect pour des projets étudiants ou pour des capteurs non configurés. 3. Le Mode Radio Le mode Radio de FizziQ Connect permet une diffusion de données simultanée vers un nombre illimité d’appareils. Ce mode favorise une collaboration fluide en temps réel, permettant des expériences collectives en classe ou en amph. Comparé au mode Connect , qui limite la connexion à un appareil mais avec des vitesses d'échange de données plus élevées, le mode Radio permet une approche beaucoup plus ouverte et collaborative, sans la complexité de configurations multiples. 4. Écran Tactile L' interface tactile couleur de FizziQ Connect simplifie la prise en main de l’outil. Les utilisateurs visualisent les données directement sur l’écran. L'interface intuitive à base de menus est intuitive et donne accès aux fonctionnalités du boitier. L'écran Fizziq Connect permet également de visualiser les données graphiquement. 5. Protocole de Communication Transparent FizziQ Connect utilise un protocole de communication ouvert , offrant une intégration fluide avec divers capteurs et logiciels. Ce protocole non propriétaires permet à d'autres logiciels ou à des applications développées par les enseignants de recevoir les données de FizziQ Connect et de les utiliser. 6. Un Firmware Facile à Mettre à Jour Le firmware de FizziQ Connect peut être mis à jour facilement via une connexion Internet directement à partir du boitier sans avoir recours à un ordinateur. Le boîtier reconnaît automatiquement le dernier réseau Wi-Fi utilisé. 7. Fonctionnalités d'Analyse et de Capture Avancées Nous avons intégré dans FizziQ Connect un grand nombre de fonctionnalités , qui permettent d'adapter l'acquisition des données, de visualiser des graphiques, ou d'optimiser l’autonomie de la batterie. Ces outils seront enrichis au fur et à mesure de nos développement de l'outil et seront disponibles dans les nouveaux firmware. 8. Autonomie Complète Avec une batterie intégrée , FizziQ Connect fonctionne en autonomie totale pendant 3 à 15 heures selon les capteurs utilisés. Cette autonomie permet d'utiliser l’appareil en extérieur ou dans des sorties sur le terrain. Des options permettent de conserver la batterie en diminuant la luminosité de l'écran ou en mettant le boitier en mode veille. 9. Enregistrement des Données FizziQ Connect peut enregistrer jusqu’à 5 000 données , indépendemment d'une connexion avec un smartphone. Les données sont sauvegardées sur une mémoire non volatile et peuvent être récupérées si le boitier s'éteint durant son utilisation par manque de batterie. Dans un futur proche nous intégrerons la possibilité d'exporter ces données sur la carte SD de l'appareil au format CSV. 10. Intégration dans l’Environnement FizziQ FizziQ Connect s’intègre parfaitement avec l’application FizziQ, permettant une interaction fluide entre le boîtier et les appareils mobiles. Cette intégration simplifie la collecte, l’analyse et le partage des données. L'export de données stockées localement est directement reconnu par FizziQ. Et enfin ... un coût très bas Fizziq Connect s'appuie sur le boitier M5 Stack, très utilisé dans les applications industrielles et l'agriculture. Ses possibilités très étendues, sa durabilité et son coût très réduit nous ont permis de créer une solution ExAO robuste, évolutive et très bon marché . De plus son architecture ouverte permet de connecter gratuitement et simplement FizziQ Connect à d'autres applications d'acquisition de données et donne accès au vaste choix de capteurs disponibles sur le marché. Pour en savoir plus : www.fizziq.org/bienvenue-connect

Introduction L'outil Cinématique de FizziQ est une fonctionnalité puissante qui permet d'analyser le mouvement d'objets à partir de vidéos ou de chronophotographies. Cet outil vous permet de réaliser des pointages précis, de calculer des grandeurs cinématiques (positions, vitesses, accélérations) et d'analyser des mouvements complexes. Démarrage Sélection d'une source d'images ou de vidéos Lorsque vous accédez à l'outil Cinématique, vous avez plusieurs options pour choisir votre source : Importer une vidéo : Sélectionnez une vidéo à partir de votre galerie Importer une image : Choisissez une image depuis votre galerie Utiliser la bibliothèque : Accédez à des vidéos ou images prédéfinies selon le type d'analyse que vous souhaitez effectuer (chute libre, trajectoire parabolique, pendule). ➡️ Pour en savoir plus sur la bibliothèque de vidéos et de chronophotographies. Télécharger depuis le réseau : Importez une vidéo ou une image en utilisant son URL. Copier cette URL dans le site de votre choix et la coller en appuyant sur l'icône coller. Configuration initiale (pour les vidéos) Normalement, FizziQ reconnait automatiquement la cadence (im/s ou fps) de la vidéo grâce aux métadonnées de l'application . si ce n'est pas le cas, l'application vous demandera de spécifier la cadence de la vidéo (en images par seconde). Cette information est cruciale pour des calculs précis. Configuration initiale (pour les chronophotographies) FizziQ ne peut détecter la cadence et cette information sera demandée lors du pointage à l'utilsateur. Étape 1 : Calibration La calibration est une étape essentielle pour obtenir des mesures précises. Définir l'origine : Un cercle rouge avec une cible vous permet de définir l'origine du repère. Appuyez et déplacez ce point pour le positionner. Définir les axes : Une flèche rouge horizontale représente l'axe X Une flèche rouge verticale représente l'axe Y Vous pouvez inverser le sens des axes Définir l'échelle : Déplacez le deuxième cercle rouge pour définir l'extrémité de la règle de calibration Entrez la longueur réelle correspondante (en mètres) en cliquant sur le bouton "?" Option de séparation de l'origine : Vous pouvez séparer l'origine du repère du point de calibration en cliquant sur le bouton "+" en haut à droite Une fois la calibration terminée, cliquez sur le bouton "Point" à droite pour passer à l'étape suivante. Étape 2 : Pointage Cette étape vous permet de suivre la position d'un objet à travers le temps. Pour les vidéos Navigation dans la vidéo : Utilisez les flèches gauche/droite ou le curseur pour parcourir la vidéo L'application affiche le temps écoulé en millisecondes Définissez l'intervalle entre les points en cliquant sur la valeur affichée en haut Positionnement du pointeur : Un cercle rouge avec une cible permet de cibler l'objet à suivre Déplacez-le pour le positionner précisément sur l'objet Cliquez sur l'écran pour enregistrer le point Gestion des points : Après chaque enregistrement, l'application avance automatiquement à l'intervalle suivant Les points déjà enregistrés sont visibles avec leur temps correspondant Vous pouvez supprimer un point en cliquant sur l'icône de corbeille Le bouton "œil" permet d'afficher ou masquer les points Pour les chronophotographies Pour les images fixes, le processus est similaire, mais vous devez ajouter manuellement les points successifs qui représentent le mouvement. Étape 3 : Analyse des résultats Une fois le pointage terminé, cliquez sur "Résultats" pour accéder à l'analyse complète. Sélection des grandeurs : Cochez les grandeurs que vous souhaitez analyser parmi : Temps (T) Positions (x, y, distance) Vitesses (Vx, Vy, V) Accélérations (Ax, Ay) Rotation (angle, vitesse angulaire) Énergie (cinétique, potentielle, mécanique) Visualisation des données : Les données sont présentées sous forme de tableau Jusqu'à 5 grandeurs peuvent être affichées simultanément Pour les calculs d'énergie, vous devrez spécifier la masse de l'objet Exploitation des résultats : Vous pouvez exporter les résultats dans votre cahier en appuyant sur l'onglet Cahier Dans le cahier, les données peuvent être présentées sous forme graphique ou exportées De nombreuses op^tiosn d'interpolation sont disponibles dans le cahier Fonctionnalités supplémentaires Capture d'écran L'icône appareil photo en haut à droite vous permet de prendre une capture d'écran de votre analyse. Cette capture est automatiquement sauvegardée dans votre cahier avec les données de pointage. Choix du type d'intervalle Vous pouvez choisir entre deux types d'intervalles : Millisecondes : Utilise le temps réel de la vidéo Unités : Utilise des unités arbitraires (pratique pour certaines analyses) Réglage de la masse pour les calculs d'énergie Si vous sélectionnez des grandeurs énergétiques (Ec, Ep, Em), vous devrez indiquer la masse de l'objet étudié en kilogrammes. Astuces et conseils Utilisez des repères facilement identifiables sur l'objet pour maintenir la cohérence du pointage Préférez des vidéos avec un bon contraste et une résolution suffisante Utilisez la fonction "afficher/masquer les points" pour vérifier la cohérence de votre pointage Plus vous ajoutez de points, plus votre analyse sera précise Pour en savoir plus sur la réalisation de vidéos utilisables en cinématiques, ➡️ suivre ce lien Dépannage Si l'application ne détecte pas automatiquement la cadence d'une vidéo, vous devrez l'entrer manuellement En cas de problème d'affichage, essayez de changer l'orientation de votre appareil Si un point semble mal placé, vous pouvez le supprimer et le recréer Cet outil puissant vous permet d'explorer les concepts de la cinématique de manière interactive et visuelle, idéal pour l'apprentissage et l'expérimentation en physique.

FizziQ Junior, le cahier d'expérience numérique gratuit et respectueux de la vie privée, est conçu spécifiquement pour les jeunes élèves de 7 à 12 ans. En collaboration étroite avec la Fondation La main à la pâte, et lauréat du concours Edu-Up de la Direction du Numérique auprès du Ministère de l'Education nationale, cette application révolutionne l'enseignement des sciences en permettant aux élèves d'explorer et de comprendre le monde qui les entoure de manière ludique et intuitive. Qu'est-ce que FizziQ Junior ? FizziQ Junior est une application mobile qui transforme les tablettes et smartphones en un laboratoire scientifique portable. Elle offre aux élèves un accès à une multitude de capteurs intégrés pour explorer des phénomènes naturels variés tels que les couleurs, les volumes sonores, les ombres et lumières, ou encore le mouvement et les dimensions. Ils utiliserons ces mesures pour relever un défi imaginé par leurs enseignants. Les élèves vont construire un cahier d'expérience structuré qui leur permettra de développer leur capacité d'analyse scientifique. Cette approche permet de rendre les sciences vivantes et concrètes, encourageant les élèves à s'engager activement dans leur apprentissage par l'investigation. Utiliser le numérique de manière raisonnée Les outils numériques, comme les tablettes, apportent aux élèves des capacités uniques qui enrichissent leur apprentissage, en particulier dans le domaine des sciences. Grâce à la multitude de capteurs intégrés (accéléromètre, microphone, capteurs de lumière, etc.), les tablettes permettent de transformer des expériences théoriques en expériences interactives et concrètes. Par exemple, avec une application comme FizziQ Junior, les élèves peuvent mesurer en temps réel des phénomènes tels que le son, la lumière, ou encore les mouvements. Cela permet d'illustrer et de rendre tangibles des concepts scientifiques abstraits, tout en rendant l'apprentissage plus engageant et motivant. De plus, les tablettes permettent une personnalisation de l'apprentissage. Chaque élève peut avancer à son rythme, avec des outils adaptés à ses besoins, en recevant un retour immédiat grâce à des interactions intuitives et visuelles. Cela favorise une meilleure compréhension et retient plus longtemps l'attention des élèves, ce qui est particulièrement utile pour les jeunes apprenants. Cependant, aussi précieux qu'ils soient, ces outils ne peuvent pas dominer le quotidien éducatif des élèves. L'apprentissage ne peut être exclusivement numérique, car les interactions humaines, la réflexion critique, et l'expérimentation en dehors du cadre digital sont tout aussi importantes. Les tablettes, si elles sont utilisées de manière excessive, peuvent encourager une passivité ou un manque de collaboration directe entre les élèves. C'est pourquoi il est essentiel de les considérer comme un complément puissant aux méthodes traditionnelles d'enseignement, et non comme une substitution. Nouveautés de la Version Actuelle Ergonomie et Flexibilité Accrues Nous avons repensé l'ergonomie de l'application pour offrir une flexibilité totale dans l'organisation des cahiers d'activités. Les éléments peuvent désormais être déplacés librement en format horizontal, et redimensionnés à souhait, offrant ainsi une personnalisation sans précédent de l'espace de travail numérique. Partage et Interaction Facilités La communication entre les enseignants et les élèves est simplifiée grâce à l'introduction du partage de cahiers via QR code ou un code à 6 lettres. Cette fonctionnalité permet une diffusion rapide et sécurisée des activités et des ressources, tout en permettant aux élèves de soumettre facilement leurs travaux complétés. Amélioration des Instruments de Mesure L'ensemble des instruments utilisant les capteurs des tablettes a été amélioré pour offrir une diversité plus large de mesures. Que ce soit pour des expériences impliquant le son, la lumière, le mouvement ou même la musique, les élèves bénéficient désormais d'outils plus précis et plus variés pour explorer les concepts scientifiques. Connectivité et Collaboration Renforcées Avec l'ajout des capteurs FizziQ Connect en mode radio, la connectivité devient extrêmement simple et efficace, permettant à un nombre illimité d'appareils de se connecter simultanément. Cette fonction multi-utilisateur est particulièrement avantageuse dans les environnements où les élèves partagent des équipements, améliorant ainsi l'accessibilité et la collaboration en classe. Tablettes partagées Dans la nouvelle version de FizziQ Junior, une fonctionnalité clé permet désormais aux tablettes d'être partagées par plusieurs élèves ou groupes d'élèves, voire plusieurs classes. Chaque utilisateur dispose de son propre espace de travail numérique, ce qui signifie que les activités et les cahiers peuvent être personnalisés et enregistrés sans empiéter sur le travail des autres utilisateurs. Cette fonctionnalité est particulièrement utile dans les environnements scolaires où les équipements sont partagés, offrant ainsi une flexibilité accrue tout en garantissant une gestion claire et efficace des travaux de chacun. Conclusion Avec cette deuxième version de FizziQ Junior, nous redéfinissons l'enseignement des sciences pour les jeunes élèves, en rendant l'apprentissage à la fois amusant, accessible et profondément instructif. Rejoignez-nous pour découvrir comment cette application peut transformer l'expérience scientifique dans vos classes et à la maison. Pour en savoir plus sur les fonctionnalités et les ressources disponibles, visitez notre site web et téléchargez l'application depuis Google Play ou l'App Store pour commencer l'aventure scientifique avec vos élèves !

À la recherche de nouveaux sujets expérimentaux pour étudier la physique en classe ? Laissez-vous inspirer par ces 15 projets innovants réalisés par des classes de collège et de lycée dans le cadre du concours "Physique et Sports" organisé par la Société Française de Physique. Utilisant l'application gratuite FizziQ, qui combine capteurs (GPS, accéléromètres, gyroscopes), l'analyse cinématique et cahier d'expérience, les élèves ont transformé chaque activité sportive en une passionnante leçon de physique. Analyse Stratégique du Football Une classe du Collège Charles Gounod à Saint-Cloud a embarqué les élèves footballeurs dans une expérience novatrice en analysant la position et les mouvements des joueurs sur le terrain grâce au positionnement GPS de leur smartphone pendant un match, enregistré avec FizziQ. Les données recueillies ont permis de visualiser les déplacements des joueurs, l'importance du placement sur le terrain et de sensibiliser les élèves au rôle de la stratégie et de la collaboration au sein d'une équipe de football. Grâce à cette étude, les élèves ont des conseils précieux à donner à notre entraîneur national ! La Dynamique du Lancer de Poids Les élèves du Collège Mallarmé à Sens ont collaboré avec Franck Elemba, un athlète olympique, pour explorer la physique derrière le lancer de poids. L'analyse par les capteurs d'accélération et l’analyse cinématique de vidéo par FizziQ a révélé l'impact crucial de l'angle et de la force sur la portée du lancer, transformant une séance d'EPS en un laboratoire de physique à ciel ouvert. Bravo et merci à Franck Elemba, peut-être a-t-il découvert de son côté certains aspects sur la physique du lancer qu'il ne connaissait pas ? Optimisation de la Performance en Natation À travers une étude menée par des élèves du Collège Victor Hugo à Carmaux, l'effet de la traînée en natation a été scruté sous l'eau. En mesurant la vitesse dans différentes postures lors des coulées horizontales à l'aide du module cinématique de FizziQ, les élèves ont montré comment l'alignement du corps et le positionnement des bras affecte directement la performance des athlètes. Utile pour les JO ! Lancer de Javelot Paralympique Le Collège Scamaroni à Charleville-Mézières a brillamment mis en lumière les prouesses des para-athlètes. En comparant les techniques de lancer entre athlètes valides et para-athlètes à l'aide de l'analyse cinématique de FizziQ, ce projet a non seulement favorisé la compréhension des défis uniques rencontrés par les para-athlètes mais a aussi promu une approche inclusive du sport. Ce travail a été récompensé par un prix spécial du jury. Ça grimpe ! Les élèves de seconde du lycée Winston Churchill ont étudié comment le poids, la taille et la masse musculaire affectent la performance en bloc (escalade). En analysant les performances de deux élèves aux caractéristiques physiques variées, il est apparu que la légèreté et une stature moins imposante pouvaient jouer un rôle crucial dans la rapidité et la précision durant l'ascension. Cette exploration a mis en évidence la manière dont les attributs physiques peuvent affecter l'efficacité des techniques d'escalade, offrant aux élèves des insights précieux sur l'importance de la physique et de la biomécanique dans le sport. Spider-Man a beaucoup à nous enseigner sur la physique ? Le Cheval se Tape des Barres Un cheval adapte-t-il l'angle de son saut au type d'obstacle rencontré ? C'est cette question que des élèves de terminale ont abordé en réalisant des analyses cinématiques de deux types de sauts : l' oxer (saut de deux barres écartées), et le vertical (saut d'une seule barre). Cette analyse leur a permis de vérifier l'impact de la trajectoire et de l'angle sur la performance du saut, offrant une fenêtre sur la physique derrière le sport équestre. Une analyse qui leur a montré aussi la difficulté de faire des mesures sur les êtres vivants qui sont moins dociles qu'un ballon de basket ... Bravo pour votre persévérance ! Bonds et Rebonds Une classe du collège Pasteur à Paris a étudié quels étaient les caractéristiques principales des différents types de balles et ballons utilisés en sport. À travers l'analyse vidéo de FizziQ, ils ont mesuré l'effet de différents facteurs influant sur le rebond, comme la pression interne du ballon, le type de surface, ou les caractéristiques du ballon, permettant de prédire la hauteur du rebond que l'on peut attendre d'un type de balle. Une étude quantitative passionnante qui nécessite peu de matériel et permet aux élèves de se poser des questions sur le type de matériel adapté à chaque sport. Vos ballons de basket sont-il bien gonflés ? Badminton Aérodynamique Est-ce que tous les volants se valent quand il s'agit de jouer au badminton ? C'est cette étude qu'a menée une classe de 3eme de l'académie de Lille qui a examiné comment la forme et les matériaux des volants de badminton affectent leur vitesse de chute. Certains volants sont-ils mieux que d’autres ou ont-ils des utilisations différentes ? L’outil cinématique de FizziQ a permis une comparaison précise, révélant l'influence des forces aérodynamiques l’utilisation des volants. Après cette étude, on ne voit plus les volants de badminton de la même façon. La Mécanique du Succès au Triple Saut Deux élèves du lycée Honoré d’Estienne d’Orves ont analysé l'effet de la position du genou et du pied sur le premier bond du triple saut. Grâce à FizziQ, elles ont démontré que certaines positions permettent d’augmenter significativement la distance du saut, appliquant les principes de la physique pour optimiser les performances athlétiques. Une analyse bien utile avant les jeux olympiques ! Améliorer son Jeu au Rugby Les élèves de seconde du lycée St Pierre à Fourmies ont exploré la physique du rugby, se concentrant sur les différentes phase du jeu : la passe, la touche, la chandelle, le placage, et la mêlée. Ils ont utilisé les accéléromètres et gyroscopes des smartphones pour analyser la rotation du ballon, prouvant qu'une rotation stabilise la passe. La caméra a capturé les mouvements pour l'analyse des phases de jeu, démontrant comment angle et vitesse affectent la réussite d'une touche. L'étude a révélé l'importance de l'effet gyroscopique pour les passes, la trajectoire parabolique pour les touches et chandelles, et l'application des lois de Newton dans les placages et mêlées. Dommage que la coupe du monde soit déjà passée ... Podomètres sous la Loupe Des élèves de seconde du lycée Berthollet ont testé la fiabilité des podomètres dans diverses activités. En testant toutes les situations, y compris la marche avec des béquilles, les élèves ont pu vérifier la fiabilité des instruments présents dans nos smartphones. Cette exploration a encouragé les élèves à analyser la technologie du quotidien à travers le prisme de la physique. Bravo pour cette vérification expérimentale de la fiabilité de ces instruments. Gymnastique et Physique : Le Défi du "Soleil" Les élèves du Lycée Honoré d’Estienne d’Orves à Carquefou ont décortiqué le mouvement "soleil" en gymnastique. À l'aide de l'analyse cinématographique de FizziQ, ils ont mis en évidence l'importance de la vitesse et des énergies cinétique et potentielle, appliquant la physique pour perfectionner ce mouvement artistique. Une opportunité d’admirer la performance des gymnastes qui réalisent ces exploits. Photographie du Mouvement Des élèves de 5eme passionnés de chronophotographie ont utilisé l’application Motion Shot pour créer des chronophotographies de mouvements et le module cinématique pour l’analyse de la dynamique du corps en action. En visualisant les séquences de mouvement, ils ont approfondi leur compréhension de la mécanique du sport, démontrant l'interconnexion entre physique et activité physique. Un beau travail à la fois scientifique et esthétique ! Kayak : Une Question de Poids et de Flottabilité Des élèves du collège La Nacelle se sont posé la question de savoir si la répartition des poids avait un impact sur la performance d’un kayakiste et affectait la stabilité et la vitesse du kayak. En mesurant les performances à différentes positions, ils ont exploré la physique de la flottabilité et la dynamique des fluides, éclairant les stratégies pour améliorer la navigation. Bien s’assurer que votre smartphone est résistant à l’eau avant de se lancer ! Naviguer avec les Angles en Voile Une élève de terminale, passionnée de voile depuis son enfance, a investigué l'angle optimal de la voile pour maximiser la vitesse avec un vent de travers. En ajustant méticuleusement l'angle de la voile et réalisant de nombreuses mesures sur l’eau des variations de vitesse, elle a pu vérifier certains concepts d’aérodynamiques et mettre la théorie au service de sa compréhension de son sport favori. Et tous ceux que nous n'avons pas cités ... Ces 15 exemples ne représentent qu’une petite partie des nombreux projets qui ont été soumis au concours Physique et Sports. Nous n'avons pas présenté le projet de cette élève de première qui a utilisé le module cinématique de FizziQ pour étudier le karaté, les élèves du Lycée Saint Erembert qui ont étudié le tir au handball, les élèves du lycée de Villaroy qui ont étudié le saut en hauteur ou le Club Sciences du Collège Louise Weiss qui a étudié comment la taille de la main influait sur la vitesse en natation., et bien d'autres ... Tous ces projets montrent la créativité des élèves et de leurs enseignants, et le désir de chacun de mieux comprendre le monde qui l’entoure grâce à la science. Bravo à tous ! Pour en savoir plus : Notre tutoriel sur votre première séance avec FizziQ : https://www.fizziq.org/post/premier-cours-avec-fizziq-exemple-d-une-leçon-sur-la-période-d-un-signal-sonore Etudier le sport avec FizziQ : https://www.fizziq.org/post/sportsandscience Tous les capteurs de votre smartphone : https://www.fizziq.org/post/les-instruments-de-mesure-de-fizziq Qu'est ce que la biomécanique ? https://www.fizziq.org/post/5-expériences-sur-la-biomécanique-avec-fizziq

L'intégration de la technologie dans nos salles de classe apporte une dimension nouvelle et engageante à l'enseignement des sciences. Dans cet article nous étudions comment utiliser FizziQ pour réaliser une séance d'investigation scientifique en class en utilisant l'exemple de l'activité "Chloé et les diapasons" dont l'objectif est la découverte du calcul de la période d'un signal sonore. Le programme FizziQ ne permet bien sûr pas d'aborder tous les concepts abordés au collège et au lycée mais ce type d'outils permet néanmoins de couvrir un grand nombre de concepts théoriques du programme. L'activité "Chloé et les diapasons" permet par exemple d'aborder plusieurs séquences au programme de collège : Sciences physiques Cycle 4 et Seconde : Signaux sonores : Notion de fréquence : sons audibles, infrasons et ultrasons. Croisements entre enseignements :En lien avec l’éducation musicale, Information et communication : signaux sonores (émetteurs et récepteurs sonores : micro...) signaux lumineux, signaux électriques. Éducation musicale Cycle 3 : Par le travail de la perception, celui de l’écoute de la musique, les élèves développent leurs capacités à percevoir des caractéristiques plus fines et des organisations plus complexes de la musique ; ils apprennent à identifier des relations, des ressemblances et des différences entre plusieurs œuvres. Manipulation d’objets sonores à l’aide d’outils numériques appropriés. Education musicale Cycle 4 : « Culture et création artistiques », « Sciences, technologie et société », en lien avec la technologie, la physique- chimie, les mathématiques, le français, les arts plastiques. L’impact des technologies et du numérique sur notre rapport à l’art ; aux sons, à la musique, à l’information. Préparation Les outils digitaux tels que FizziQ sont largement éprouvés pour l'enseignement des sciences. Fizziq est utilisé par des milliers d'élèves chaque jour donc pas d'inquiétude, l'application ne buguera pas. Par contre si son fonctionnement est extrêmement intuitif pour les élèves, les adultes peuvent parfois éprouver des difficultés à trouver telle ou telle fonction. Pour cela il sera utilise de se familiariser avec l'application avant de faire son premier cours. On demandera dans les jours qui précèdent le cours aux élèves de télécharger l'application sur leur smartphone ou tablette. L'application Fizziq est gratuite et sans partage de données personnelles donc son téléchargement ne posera pas de problèmes en terme de confidentialité ou RGPD. Il sera utile que les élèves se familiarisent avec l'application, ils peuvent le faire à la maison après avoir téléchargé le programme. L'utilisation de smartphone en classe est soumis à certaines contraintes et on peut avoir à demander l'aval du proviseur pour son utiisation. Il est très rare que cette autorisation soit refusée étant donné que l'utilisation par les élèves est purement scolaire. L'application Fizziq n'est pas un jeu et c'est un véritable instrument scientifique. En terme de matériel, l'application FizziQ dispose de tout ce dont on a besoin pour faire un cours complet sur le son. On trouvera les instrument de mesure tels qu'un oscilloscope pour visualiser le signal, un fréquencemètre pour mesurer les fréquences fondamentale ou dominante et le spectre, un sonomètre pour mesurer le niveau sonore et le niveau moyen. Mais FizziQ possède également la capacité d'émettre un gamme étendu de son, des sons purs et sons complexes avec le synthétiseur, ou des sons des la vie de tous les jours avec la bibliothèque de sons qui inclue des sons d'instruments de musique, des bruits blancs, des sons pour mesurer l'effet Doppler, et bien plus. Malgré les possibilités de FizziQ, rien ne remplace l'utilisation de vrais instruments de musique pour étudier le son. On peut donc ajuster le défi pour s'adapter à l'utilisation des instruments disponibles en classe. Le défi Dans le cadre de la méthode d'investigation, il est intéressant de proposer un défi aux élèves. Voilà le défi et le protocole que l'on pourra proposer aux élèves dans le cadres de l'activité "Chloé et les diapasons". Défi : En explorant le grenier poussiéreux de ses grands-parents, Chloé tombe sur une boîte mystérieuse gravée de motifs musicaux. À l'intérieur, elle découvre trois diapasons, chacun portant une inscription unique - "Mozart", "Philharmonic Pitch", et "La3". Intriguée, Chloé les fait résonner un à un, mais s'étonne d'entendre des tonalités distinctement différentes. Votre mission est de l'aider à dévoiler le mystère derrière ces variations sonores et de retracer l'histoire et l'origine de chaque diapason. Pour mener à bien cette enquête sonore, vous serez équipé de l'application FizziQ et de ses outils d'analyse acoustique. Protocole de l'activité : Recherche Historique : Avant de commencer l'expérience, effectuez une brève recherche sur l'histoire des diapasons, les standards de fréquence au fil du temps. Cela vous donnera des indices sur l'origine possible de chaque diapason. Ecoute des diapasons : Vous trouverez les différents diapasons dans la bibliothèque de sons de l'application FizziQ, situé dans le menu Outils. Ecoutez les différents diapasons, quelle est la différence de sonorité ? Comment peut-on caratériser cette différence ? Analyse Acoustique : Déterminer la fréquence de chaque diapason de deux manières différentes. On pourra utiliser l'instrument "Fréquence Fondamentale", et l'instrument "Amplitude" pour mesurer les fréquences. Interprétation et Conclusion : Sur la base de vos mesures et recherches, élaborez une explication sur pourquoi chaque diapason produit une note différente. Reliez vos découvertes aux époques historiques, aux pratiques d'accord, et à l'évolution des standards musicaux. Présentation des Résultats : Préparez une présentation ou un rapport incluant vos hypothèses, méthodes d'analyse, résultats, et conclusions. Partagez vos découvertes avec la classe, en illustrant comment la science et l'histoire se rencontrent dans l'étude des diapasons. Extension : Pour aller plus loin, explorez comment les différentes fréquences des diapasons peuvent influencer l'accord d'instruments modernes. Vous pouvez également créer une expérience comparant la perception des fréquences par différentes personnes. Déroulement de l'activité L'activité se déroule sur environ 30-45 minutes. Elle se déroule en plusieurs étapes : Organisation : organiser les élèves par groupe de 3 ou 4. Chaque groupe utilisera un seul smartphone ou tablette. Répartir les différents groupes dans la classe. Il peut être préférable de faire les manipulations en extérieur ce qui permet d'éviter les interférences et un bruit trop important dans la classe. Préparation : Assurez-vous que l'application FizziQ est bien installée et fonctionnelle sur tous les appareils avant de commencer l'activité. Mettre les appareils sur mode Avion pour éviter que les élèves soient distraits ou que des notifications ne viennent perturber les mesures. . Familiarisation avec l'application : Dans un premier temps, laisser les élèves pendant au moins 5 minutes se familiariser avec l'application. Ils regarderont les différentes fonctionnalités et en général appuieront sur tous les boutons. Demander leur d'identifier les instruements de mesure, le cahier d'expérience et les outils musicaux. Réalisation de l'activité : Une fois la période de familiarisation écoulée, laissez les élèves conduire leur investigation. Encouragez les à découvrir les fonctionalités de l'application. Demandez leur de réaliser un cahier d'expérience qui contiendrales mesures, du texte et des photos Partage : Demandez aux élèves d'exporter leur cahier d'expérience sous forme PDF et de l'envoyer par mail ou par d'autres moyens de communication. Précautions Pour garantir le succès et la sécurité de l'activité, il est essentiel de prendre certaines précautions. Ces mesures contribueront à assurer une expérience d'apprentissage à la fois enrichissante et sûre pour les élèves. Danger lié aux sons forts : Rappeler aux élèves de maintenir un volume sonore raisonnable lors de l'utilisation des diapasons pour éviter les nuisances sonores et protéger l'audition. Si des élèves ont des sensibilités auditives, envisagez des adaptations pour leur permettre de participer confortablement. Utilisation des Appareils Électroniques : Encouragez les élèves à manipuler les appareils avec soin pour éviter les chutes ou les dommages. Hygiène et Sécurité : Si l'activité se déroule en période de restrictions sanitaires, rappeler les mesures d'hygiène comme le lavage des mains et la désinfection des surfaces et des appareils partagés. Respect des Données et Confidentialité : Il est intéressant au cours de l'exercice de sensibiliser les élèves à la confidentialité et au respect des données s'ils partagent des enregistrements ou des observations. Les informations personnelles ne doivent pas être partagées sans consentement. Supervision et Assistance : Prévoyez une supervision adéquate pour aider les élèves à utiliser l'application et les instruments de musique de manière sûre et efficace. Soyez prêt à fournir une assistance technique et conceptuelle aux élèves qui en ont besoin. Réalisation de l'activité avec FizziQ Pour réaliser cette activité, on utilisera trois sons présents dans la bibliothèque de sons : le diapason La3 le diapason Mozart le Diapason Philharmonie Pitch On trouvera les sons de ces diapasons, on va dans le menu Outils en appuyant sur l'onglet en bas de l'écran, puis on sélectionne la Bibliothèque de sons, et dans le menu déroulant, on sélectionne l'un de ces trois sons. On appuie sur le bouton Play pour jouer le son. Pour mesurer la fréquence fondamentale d'un son, on utilise le fréquencemètre accessible à partir de l'écran Mesures (onglet en bas de l'écran) et on sélectionne la fréquence fondamentale. La fréquence du signal est calculée à une fréquence de 20 Hertz, à partir des signaux capturés par le microphone. Fizziq permet de simultanément jouer le son et l'analyser. Pour cela on lance le son que l'on souhaite étudier à partir de la Bibliothèque ou du Synthétiseur, puis dans va dans l'onglet mesure et on fait la mesure alors que le son est joué par le haut-parleur. On ajuste le volume pour que l'analyse soit pertinente. Pour enregistrer une mesure, on peut soit prendre un instantané de la mesure en appuyant sur le bouton rouge avec un carré blanc, soit faire un enregistrement sur une période de temps en appuyant sur le bouton REC. Les données sont enregistrées dans le cahier d'expérience qui contient l'ensemble des mesures mais auquel on peut ajouter du texte ou des photos. le cahier peut être exporté au format PDF ou Excel. On peut créer et sauvegarder d'autres cahiers. Pour visualiser la forme de l'onde sonore, on va dans l'onglet Mesures, puis Microphone, et Amplitude. Cet instrument permet de visualiser l'oscillogramme de l'onde sonore en temps réel. Pour enregistrer la mesure, on appuie sur le bouton rouge avec un carré blanc qui permet de faire une mesure instantanée. Dans le cahier, on peut utiliser la loupe pour faire une mesure de la période du signal. Pour activer la loupe, on appui sur l'écran et on déplace le curseur. On notera que l'on peut zoomer sur le graphique ou changer son format. Dans le cahier pour ajouter des photos ou du texte au cahier, on appuie sur le bouton + qui donne accès à d'autres fonctionnalités. Debriefing A la fin de la séance on demandera aux élèves de partager leur cahier d'expérience. Ce cahier sera complété avec des photos et du texte donnant, les hypothèses, le raisonnement et les conclusions de l'activité. FizziQ permet de partager les cahiers au format PDF. si des analyses supplémentaires doiveêtnt re réalisées, on pourra également partager les données au format Excel ou Python. Les élèves peuvent échanger des données en utilisant le partage par QR code qui se trouve en haut à droite de chaque carte d'observation. Il suffit de scanner ce QR code à partir de l'application, en appuyant sur + dans le cahier d'expérience, puis Observation. Les données arrivent automatiquement dans le cahier d'expérience. Chaque élève peut ainsi créer son propre cahier à partir des données du groupe. Quand chaque groupe a réalisé et partagé son cahier, on peut alors faire un débriefing sur l'activité, les difficultés que l'on a rencontré et les conclusions auxquelles les groupes sont arrivé. Le débriefing, ou le retour d'expérience, qui suit l'activité est crucial. Il permet aux élèves de réfléchir sur leur apprentissage, de partager des insights et de renforcer leur compréhension des concepts étudiés. C'est également un moment précieux pour l'enseignant, qui peut évaluer l'efficacité de l'activité, recueillir des feedbacks pour des améliorations futures et, surtout, célébrer les réussites des élèves. Conclusion L'activité "L'Enquête des Diapasons de Chloé" offre aux élèves une opportunité unique d'explorer les notions fondamentales de la physique du son, telles que la fréquence et la période, tout en tissant des liens enrichissants avec l'histoire de la musique et la technologie moderne via l'application FizziQ. En mettant en œuvre les précautions nécessaires, les enseignants peuvent créer un environnement d'apprentissage sûr et stimulant qui encourage les élèves à devenir des chercheurs actifs, à développer leur esprit critique et à appliquer leurs connaissances théoriques dans des contextes pratiques et historiques. Cette activité illustre parfaitement comment l'enseignement des sciences peut être rendu vivant et pertinent pour les élèves, en démontrant l'interconnectivité des domaines scientifiques, technologiques et artistiques. En se plongeant dans l'histoire et la science derrière chaque diapason, les élèves ne se contentent pas d'apprendre des faits ; ils s'engagent dans un processus de découverte qui valorise la curiosité, l'investigation et l'analyse critique.

Le concept de gravité n'est pas toujours facile à appréhender. Dans cet article en deux parties, nous proposons sept expériences, facilement réalisables avec un smartphone, qui permettent de mieux comprendre ce phénomène physique. Elles nous emmèneront à bord d'un avion Zero G, sur la lune, en Italie, à 10 000 mètres d'altitude ou à l'équateur : êtes-vous prêts ? Table des matières : Qu'est-ce que la gravité ? - Utiliser un smartphone pour étudier la gravité - Vol zéro G - Expérience de pensée de l'ascenseur d'Einstein - Accélération linéaire et absolue - Mesurer g - Un pendule sur la Lune - Trajectoire d'une chute - Pèse-t-on moins lourd sur l'Everest ? - Comment fonctionne un accéléromètre - Le mystère du pendule à l'équateur Qu’est-ce que la gravité ? La gravité est une force fondamentale de l'univers qui régit l'interaction entre les corps à l’échelle macroscopique. Elle est responsable de l'attraction mutuelle entre tous les objets possédant une masse. Lorsque nous laissons tomber un objet, il tombe vers le sol en raison de la force gravitationnelle exercée par la Terre. Galilée est le premier à avoir étudié le phénomène de la chute des corps de manière scientifique. L’expérience de Galilée sur la chute des corps du haut de la tour de Pise est probablement un mythe, mais de nombreuses expériences de pensée lui ont permis de montrer que, contrairement à l'idée préconçue, deux objets de masses différentes chutent (sans frottements) à la même vitesse. De plus, en étudiant une balle qui roule librement le long d’un plan incliné, il calcule que la distance que parcourt la balle augmente avec le carré du temps écoulé. Cette loi sera démontrée un siècle plus tard avec à la théorie de la gravité proposée par Sir Isaac Newton. Il postule que chaque objet dans l'univers attire tous les autres objets avec une force proportionnelle à leur masse et inversement proportionnelle au carré de la distance qui les sépare. Selon la loi de la gravitation universelle de Newton, la force gravitationnelle (F) entre deux objets de masse (m1) et (m2) séparés par une distance (r) est donnée par l'équation : F = G * (m1 * m2) / r², où G est la constante de gravitation universelle, qui a une valeur d'environ 6,674 × 10^-11 N(m/kg)². Pour un objet sur la surface de la terre, la force gravitationnelle qui s’applique à un objet, aussi appelé le poids de l’objet, peut s'écrire simplement : F = m * g, où g est l’accélération de la pesanteur, et m la masse d’un objet. La valeur de l'accélération de la pesanteur g est d'environ 9,81 m/s². La Terre n’étant pas une sphère parfaite et du fait de la force centrifuge qui varie en fonction de la latitude, l’accélération de la pesanteur varie légèrement en fonction de la localisation. Par exemple, elle est légèrement plus élevée aux pôles et légèrement plus basse à l'équateur. D’autre part g varie également en fonction de l’altitude puisque la distance entre les deux masses, la Terre et l’objet est plus éloignée. A une altitude de 10 000 mètres, g = 9,74 m/s² La théorie de Newton ne permet cependant pas d’expliquer certains phénomènes planétaires et pose d'autres questions comme par exemple d’où vient la force et pourquoi son action est instantanée. La théorie de la relativité générale, formulée par Albert Einstein au début du XXe siècle, apporte une approche révolutionnaire à la gravité. Contrairement à la vision newtonienne de la gravité comme une force d'attraction à distance, Einstein décrit la gravité comme une déformation de l'espace-temps causée par la présence de masse et d'énergie. Dans cette théorie, les objets se déplacent le long de courbes géodésiques dans l'espace-temps courbé, créant l'effet perçu comme une force gravitationnelle. Ainsi, selon la théorie de la relativité générale, la gravité n'est pas une force mystérieuse d'attraction, mais plutôt une conséquence de la courbure de l'espace-temps induite par la distribution de masse et d’énergie. La théorie de la relativité générale a été confirmée par de nombreuses observations et expériences, notamment les déviations de la lumière des étoiles lorsqu'elle passe près du Soleil, connues sous le nom d'effet de lentille gravitationnelle, et la précession de l'orbite de Mercure autour du Soleil. Utiliser un smartphone pour étudier la gravité Maintenant que nous en savons un peu plus sur la gravité, expérimentons avec ! Facile à dire, mais quels instruments scientifiques avons-nous à disposition pour analyser ce phénomène complexe ? Heureusement, tout le monde a dans sa poche l'instrument idéal pour étudier la gravité : un smartphone. Les smartphones, omniprésents et intégraux à la vie quotidienne, possèdent une capacité unique à transformer notre approche de l'éducation et de l'exploration scientifique, particulièrement dans l'étude des forces fondamentales telles que la gravité. Les smartphones sont équipés d'une variété de capteurs qui peuvent mesurer l'accélération, l'orientation et le mouvement. Cela inclut des accéléromètres, des gyroscopes et des magnétomètres, qui peuvent détecter les changements de mouvement et d'orientation par rapport au champ gravitationnel de la Terre. Des applications gratuites comme FizziQ offrent un accès simple et direct à tous ces capteurs et permettent aux étudiants et aux éducateurs de mener des expériences pour observer et quantifier l'accélération gravitationnelle en temps réel. Cette approche pratique démystifie les concepts abstraits et permet aux apprenants d'observer directement les lois physiques en action. Dans cet article, nous utiliserons spécifiquement les instruments suivants disponibles dans FizziQ : L'Accélération Absolue qui fournit le résultat des forces appliquées au smartphone dans toutes les directions L'analyse de mouvement vidéo, un outil unique dans FizziQ pour analyser rapidement les vidéos et la chronophotographie d'objets en chute L'intensité sonore qui fournit une mesure précise du niveau sonore et de ses écarts et permettra de proposer une manière de calculer g D'autres capteurs comme le magnétomètre, le gyroscope ou l'accélération linéaire peuvent également être utiles pour compléter les instruments décrits ci-dessus. Une autre caractéristique utile des applications comme FizziQ est de fournir un environnement complet pour recueillir, analyser et partager les données. Les applications disposent de chronomètres ou de déclencheurs pour commencer ou terminer les mesures automatiquement, elles incluent également des cahiers pour organiser les données, créer des graphiques dans différents formats et ajouter du texte et des photos pour enregistrer les paramètres des expériences. Toutes les applications ont la capacité de partager les données au format PDF, Excel ou même Python afin que des analyses plus poussées puissent être menées sur les informations brutes. Les smartphones et les tablettes sont donc l'outil idéal pour mener des expérimentations simples en science et surtout pour comprendre le concept de gravité. Prêt à essayer nos sept expériences scientifiques édifiantes ? Vol Zero G Pour entraîner les astronautes à l'apesanteur, c'est-dire l'absence de gravité, on les soumet à des vols Zéro G. Les astronautes sont placés dans la carlingue vide de l'avion, les parois intérieures de l'appareil sont recouvertes de matelas. Dans ces vols, l’avion décrit des paraboles. Pendant la fin de la phase ascendante, puis le début de la phase descendante, les astronautes peuvent enlever leurs ceintures de sécurité et voler librement dans la carlingue comme si ils étaient en apesanteur. Que se passe-t-il à l'intérieur de la cabine ? L'expérience suivante à réaliser avec un smartphone permet de reproduire fidèlement le phénomène. Tout d'abord, posons notre smartphone sur une table puis dans FizziQ ouvrons l’instrument de mesure Accélération absolue. Nous voyons apparaître la valeur de 9,80 m/s². Si nous orientons le portable différemment dans toutes les directions, nous voyons que la valeur reste constante à environ 9,80 m/s². Le smartphone est soumis à une force équivalente à une accélération de 9,80 m/s², l'accélération de la pesanteur. Puisque le smartphone posé sur une table ne bouge pas, ce qui veut dire qu’il y a une autre force, qui est créée par la table qui pousse en sens inverse et permet au mobile d’être au repos. C'est la force de réaction de la table. Que se passe-t-il si on enlève la table ? Plaçons un matelas par terre, ou mieux utilisons un lit moelleux, puis appuyons sur le bouton enregistrer et lançons notre smartphone pour qu'il décrive une parabole et qu’il retombe sur le matelas. Après avoir arrêter l'enregistrement que l'on ajoute au cahier d'expérience, on constate que pendant tout la période en l’air, l’accélération mesurée est nulle. Bien que le smartphone ait été en chute libre, et donc que sa vitesse verticale ait varié pour un observateur placé sur terre, le smartphone lui ne perçoit aucune force, il est en apesanteur. Revenons au cas du vol Zéro G. Au début de la phase ascendante, les astronautes sont soumis à une accélération qui va leur faire décrire un mouvement parabolique, puis l'avion ralenti et aligne sa vitesse verticale et horizontale sur celle des passagers en chute libre. Les astronautes ont la sensation d'être en apesanteur, car ils flottent dans la carlingue. Cependant, pour un observateur extérieur à l’avion, les astronautes seraient en chute libre. De la même manière, l'accéléromètre dans notre smartphone détecte une accélération nulle car l'ensemble du smartphone auquel est attaché le petit poids de l'accéléromètre suit le même mouvement que lui. Nous reviendrons sur l'explication de ce phénomène dans une autre expérience. Expérience de pensée de l'ascenseur d'Einstein Une expérience de pensée est un scénario hypothétique utilisé pour explorer les conséquences d'un principe ou d'une théorie en l'absence d'expérimentation physique réelle. Elle implique de raisonner sur un problème en utilisant uniquement l'imagination et la connaissance des lois physiques, sans nécessiter de preuves empiriques ou d'exécution pratique. Les expériences de pensée ont été employées dans divers domaines, y compris la physique, la philosophie, les mathématiques et l'éthique, servant d'outil puissant pour conceptualiser des idées, remettre en question les notions existantes et stimuler l'exploration intellectuelle. Albert Einstein, l'un des utilisateurs les plus éminents des expériences de pensée, les a largement utilisées pour développer ses théories révolutionnaires en physique, y compris les théories de la relativité restreinte et générale. Les expériences de pensée d'Einstein lui ont permis de visualiser des problèmes complexes et des paradoxes en physique qui étaient difficiles ou impossibles à tester avec la technologie disponible à son époque. L'une des expériences de pensée les plus célèbres d'Einstein est le scénario de "la poursuite d'un faisceau de lumière", qu'il a conçu à l'âge de 16 ans. Cette expérience de pensée l'a conduit à remettre en question les notions établies d'espace et de temps, contribuant finalement au développement de la théorie de la relativité restreinte. Dans cette expérience, Einstein imaginait ce que ce serait de voyager à côté d'un faisceau de lumière. S'il se déplaçait à la vitesse de la lumière à côté du faisceau, il réalisait que la lumière lui apparaîtrait immobile, ce qui contredisait les équations de Maxwell selon lesquelles la lumière voyage toujours à une vitesse constante, indépendamment du mouvement de l'observateur. Cette contradiction l'a conduit à explorer davantage la relation entre le temps, l'espace et la vitesse, aboutissant à son travail révolutionnaire sur la relativité. Une autre expérience de pensée liée à la gravité est l'expérience de pensée de l'ascenseur d'Einstein. Dans l'expérience, Einstein s'imaginait à l'intérieur d'un ascenseur fermé dans l'espace profond qui accélère vers le haut; une balle lâchée semble tomber vers le sol de manière similaire à l'attraction gravitationnelle de la Terre. En contraste, un ascenseur stationnaire près d'une planète comme la Terre subit un effet similaire dû à la gravité. L'essence de cette expérience de pensée est que, dans les limites de l'ascenseur, on ne peut pas distinguer entre les effets de la gravité et l'accélération pure. Le vol en apesanteur que nous avons décrit dans l'expérience précédente donne un bon exemple de ce qui se passe à l'intérieur de l'ascenseur d'Einstein. Le smartphone en chute libre est équivalent à un ascenseur qui tombe avec la même accélération que la gravité. À l'intérieur du smartphone, l'accéléromètre ne peut pas détecter s'il est en chute libre ou si la gravité est nulle. Cette expérience de pensée était cruciale pour Einstein car elle l'a amené à réaliser que la gravité et l'accélération sont localement indiscernables et que la gravité pourrait être considérée comme la courbure de l'espace-temps causée par la masse. Dans la relativité générale, la gravité n'est pas une force au sens traditionnel mais le résultat de masses se déplaçant le long des courbes dans l'espace-temps créées par la présence de masse et d'énergie. Accélération linéaire et absolue Dans une précédente expérience, nous avons mesuré l'accélération d'un smartphone au repos en utilisant l'application FizziQ. La valeur donnée par nos instruments a pu nous surprendre car si le smartphone est au repos, nous nous serions attendu à trouver une valeur nulle, plutôt que la valeur de 9,80 m/s². Ne serait-il pas possible d'obtenir une valeur équivalente à notre ressenti ? Autrement dit l'accélération due uniquement à nos mouvements en excluant la composante gravité ? On appelle cette accélération l'accélération linéaire ou accélération sans g. Ce qui est intéressant dans cette question est que l'accéléromètre dans notre corps est similaire l'accéléromètre d'un smartphone: il est affecté par la gravité. Mais en temps qu'humains soumis à la gravité depuis notre enfance, nous nous sommes habitués à vivre avec la gravité, et à la déduire automatiquement de nos perceptions. Des expériences ont ainsi montré qu'à quelques mois les bébés ont déjà acquis la notion qu'un objet tombe si il n'est pas tenu. Pour soustraire la gravité de nos perceptions, nous tenons compte de multiples facteur comme l'environnement ou d'autres sensations comme la rotation. Certaines expériences montrent cependant que ces sensations peuvent être trompées et nous ne pouvons alors plus nous fier à nos sens. peut-on calculer l'accélération linéaire avec un smartphone ? Quels autres capteurs utiliser pour ce calcul ? le smartphone pourra-t-il être trompé comme un humain ? Dans FizziQ, ouvrez la liste des Instruments et sélectionnez l'accélération linéaire Y. Maintenez votre portable vertical. Au repos vous constatez que la valeur est bien nulle. À présent, montez et descendez le portable et vous connaîtrez l'accélération du smartphone. Comparez ces résultats à ceux obtenus en utilisant l'accélération absolue Y. Celle-ci intègre bien le vecteur gravité. Contrairement à l'accélération absolue, il n'existe pas de capteurs pour mesurer l'accélération linéaire. Elle est le résultat de calculs utilisant une combinaison de capteurs : l'accéléromètre, le gyroscope et le magnétomètre. C'est la combinaison des informations données par ces trois capteurs qui permet de connaître l'accélération linéaire. L'accélération est mesurée par un système MEMS, un petit circuit intégré qui comporte des pièces mécaniques et des pièces électroniques complètement intégrées. Il est composé d'une petite masse connectée au cadre de l'appareil par un ressort. Quand le smartphone se déplace, la petite masse s'écarte par rapport au cadre à une distance qui va dépendre des caractéristiques du ressort. En mesurant cette distance, on calcule l'accélération qu'a subie le smartphone. Pour plus de détails, consulter notre blog qui décrit en détail le fonctionnement de l'accéléromètre. Comme la petite masse est soumise à la force de gravité, l'accélération mesurée par l'accéléromètre inclue l'accélération de la pesanteur g. Pour mesurer l'accélération linéaire, il faut donc soustraire le vecteur gravité, mais pour cela il faut connaître l'orientation du smartphone par rapport au vecteur gravitation. Il y a dans la plupart des portables deux autres autres capteurs qui peuvent donner cette information : le magnétomètre et le gyroscope. Ces deux capteurs sont également des MEMS. Le gyroscope est un capteur qui permet de calculer la vitesse de rotation de notre smartphone dans les trois directions. Il nous permet de calculer à tout moment comment le mobile a pivoté par rapport à sa position initiale. Grâce au gyroscope, nous pouvons déterminer à tout moment comment l'orientation du portable a été modifiée par rapport à son état initial de repos. En appliquant ces changements au vecteur initial calculé pour l’accélération de la pesanteur, on peut alors déduire de l'accélération absolue constatée sa composante, et ainsi déterminer l'accélération linéaire. Le magnétomètre peut également être utilisé pour calculer l’accélération linéaire. Il permet de calculer le champ magnétique auquel est soumis notre portable. En l’absence de tout autre champ magnétique (comme un aimant ou un objet ferromagnétique), le magnétomètre donne les coordonnées du champ magnétique terrestre, ce qui permet de connaître le nord par exemple. Ce champ est très stable et peut donc être utilisé comme référentiel absolu. Comme on connaît le champ magnétique à l'instant initial, on peut connaître les changements d'orientation du portable en comparant le vecteur du champ magnétique à tout instant, et donc d'ajuster la composante gravité de l'accélération pour déterminer l'accélération absolue. Avec une limite cependant : si un objet aimanté ou fer-magnétique est proche du capteur, sa mesure sera affectée et le référentiel sera faux. Ceci explique que le gyroscope soit un meilleur capteur pour calculer l’accélération linéaire que le magnétomètre. En combinant les informations de ces deux capteurs à celui de l'accélération, on peut ainsi connaître l'orientation du vecteur gravité et ainsi le soustraire des mesures faites par l'accéléromètre. Il est parfois difficile de se débarrasser de la gravité ! Mesurer g Un des paramètres essentiels de la théorie de la gravitation est l’accélération de la pesanteur, g. Selon que cette valeur est grande ou faible, on se sent lourd comme sur Terre ou léger comme sur la Lune. Nous avons vu que l’accéléromètre permettait d'estimer cette valeur, mais les scientifiques au XVIème siècle ne possédaient pas cet instrument. Peut-on calculer g sans utiliser l'accéléromètre ? Pour cela nous allons faire la même expérience que Galilée et mesurer le temps que met un corps à tomber d’une certaine hauteur. On sait que la relation qui lie la durée totale t de la chute d’un objet et la hauteur h à laquelle cet objet est lâché est h = 1/2*g*t². Pour calculer g il nous suffit donc de mesurer la durée de la chute d’un objet caché à une hauteur connue. Faisons une première expérience en prenant une balle que nous lâchons d’une certaine hauteur h, par exemple du premier étage d'un immeuble ou d'une maison, en faisant bien attention de ne faire de mal à personne ou de ne pas abimer quelque chose. Avec un chronomètre d'un smartphone, nous mesurons la durée de la chute. Nous avons mesuré la valeur de 0,95 s pour la durée d'une chute pour 3,5 m, ce qui donne une valeur de g de 7,75 m/s². Cette valeur n'est pas très précise, car il est difficile de démarrer et d'arrêter le chronomètre aux moments précis où on lâche la balle et où elle atterrit. Une erreur de 10% sur la durée entraîne une erreur de plus de 20% sur la mesurer de g. Le déclenchement du chronomètre à la main créant beaucoup d'aléas, il nous faut donc utiliser une méthode plus précise. Dans FizziQ nous disposons de la capacité d'enregistrer le volume sonore sur une période donnée. Nous allons donc créer un dispositif dans lequel un son est créé quand l'objet commence à tomber et un autre quand l'objet touche la terre. Il ne nous suffira alors de mesurer l'intervalle de temps entre ces deux évènements. Dans cette expérience, nous faisons tomber un boulon d'une étagère de manière à générer un bruit au moment ou il commence sa chute et un autre au moment où il la termine. Plaçons le boulon tout au bord de l'étagère puis avec un outil, on donne un coup brusque sur le boulon pour le pousser dans le vide en créant un petit bruit caractéristique. Quand le boulon heurte le sol, il émet un autre bruit du choc. Avec FizziQ on mesure le temps écoulé : on sélectionne le volume sonore, puis on lance l'enregistrement et on fait l'expérience décrite précisément. Quand le boulon a atteint le sol, on arrête l'enregistrement. En étudiant les données dans le cahier d'expériences, on peut déterminer avec précision le premier et le deuxième choc, et donc avoir une mesure précise du temps de chute. La photo montre le dispositif utilisé et le graphique, la mesure réalisée. L’étage à une hauteur de 1,28 m et la durée mesurée est 0,51 s, ce qui donne une valeur de g de 9,84 m/s². Pour améliorer la mesure, on peut utiliser un chronomètre sonore comme pour la mesure de la vitesse du son : https://www.fizziq.org/team/boum. On peut aussi utiliser un déclenchement avec l'accélération : https://www.fizziq.org/team/galilée. Peut-être aurez-vous d'autres suggestions de montages qui permettent de mesurer précisément la durée de la chute ? Envoyez vos suggestions à info@fizziqlab.org. Un pendule sur la lune Si on fait osciller un pendule sur la Lune, la période sera-t-elle plus longue ou plus courte que sur Terre ? Les astronautes de la NASA n'ont pas fait l'expérience du pendule sur la Lune, mais dans les archives des missions Apollo on a trouvé un extrait lors du débarquement d'un caisson durant lequel le container est entré en oscillation. Les scientifiques ont alors pu calculer la période de ce pendule et déduire que sa période était environ 2,5 fois plus importante que sur la terre : https://history.nasa.gov/alsj/a14/a14pendulum.html. Comment expliquer ce phénomène ? Galilée, le premier à avoir effectué des expériences approfondies sur le mouvement des pendules, il montre en 1632 que la période du pendule pour des faibles oscillations ne dépend ni de sa masse, ni de l'amplitude des oscillations mais uniquement de sa longueur. Cette remarque sera à la base des mouvements d'horlogerie qui utilise des balanciers. Huygens en 1659 détermine l'expression exacte de la période d'un pendule pour des faibles oscillations : T=2π*√(l/g), où g est la pesanteur. La période dépend de la longueur l du pendule mais aussi d'un paramètre terrestre fondamental : l'accélération de la pesanteur, g. Ce qui a permis aux scientifiques de déterminer pour la première fois avec précision la constante g, ou plutôt la longueur d'un pendule qui avait une période de une seconde. En 1690, dans son Discours de la cause de la pesanteur, Huygens indique que la longueur du pendule battant la seconde à Paris est de 3 pieds 8,66 lignes soit 0,9941 m, qui correspond à une pesanteur à Paris de 9,812 m/s² (avec nos unités). Le pendule devient à l'époque l'instrument de mesure de la pesanteur. Comme nous ne sommes pas sur la Lune, nous allons vérifier la formule de Huygens sur terre. Nous utiliserons le luxmètre fourni par l’application FizziQ pour les smartphones pour calculer avec précision la période d’un pendule. Nous suspendons un pendule fait avec une balle assez lourde au bout d’un fil de telle manière que la balle vienne occulter la cellule photoélectrique d’un smartphone quand elle est en position basse. La cellule photoélectrique des appareils Android est habituellement placée à droite de l’appareil photo. On peut la localiser en mesurant la luminosité avec l’instrument Eclairement de FizziQ et en plaçant le doigt là ou on pense qu’elle se situe. Grâce à la mesure de l’éclairement, on peut très précisément déterminer la période du pendule qui correspond à l’écart entre deux pics de luminosité. On vérifie alors la loi de Huygens sur les pendules. On peut également utiliser cette mesure pour faire un autre calcul plus précis de g. Trajectoire d’une chute En regardant un match de basket, on a l'habitude de voir de belles courbes décrites par les ballons lors d'un lancer à distance et la théorie nous dit que cette courbe est due à l'action de la gravité sur tout objet lancé en l'air. Mais peut-on en savoir plus sur cette courbe, et son équation nous permet-elle d'"en savoir plus sur la gravité ? Pour cela nous utilisons un des atouts les plus évidents des smartphones et tablettes : l'appareil photo qui permet au physicien de réaliser des vidéos précises des mouvements qu'il ou elle étudie. Grâce aux outils d'analyse de vidéo de l'application FizziQ, on peut de plus analyser en détail la cinématique de ces mouvements, tracer leurs trajectoires et exporter les caractéristiques des mouvements sur un tableur. L’utilisateur peut soit créer sa vidéo d'un objet en chute libre, soit utiliser une des vidéos disponibles dans l’application. La bibliothèque de vidéos de l'application FizziQ contient de nombreuses vidéos, notamment sur le sport, qui peuvent être utilisées pour étudier la cinématique de la chute libre : https://www.fizziq.org/cinematique. Par exemple, utilisons la vidéo de la chute d’une balle du module cinématique. On trouvera dans le tutoriel suivant sur Youtube comment conduire l'analyse de la vidéo en utilisant FizziQ : https://www.youtube.com/watch?v=sZdndmHefH8. Après avoir réalisé l'analyse de la chute, on place les données de la trajectoire dans le cahier d'expériences. En traçant le graphique pour la position verticale de la balle en fonction du temps, on constate que cette trajectoire est une parabole, confirmant ainsi le résultat de Galilée. Quelle est l'équation de cette parabole ? En appuyant en bas sur les fonctions d'interpolation, on choisit l'interpolation quadratique qui donne l'équation de la trajectoire. Dans le graphique 3, l’équation de la fonction interpolée est f(x) = 4,72x²-1,48x+2,05. Cette analyse permet également de retrouver l’accélération de l’apesanteur g = 2*4,72 = 9,44 m/s². L'intuition de Galilée sur la dépendance de la position d'une balle en chute libre par rapport au temps était donc la bonne ! Pèse-t-on moins lourd en avion ? Une question qui devrait intéresser chaque athlète est la suivante : est-il plus facile de faire des pompes à 10 000 m d'altitude qu'au niveau de la mer ? Voler en avion n'est pas très écologique, mais si vous prenez néanmoins un vol pour l'étranger, pourquoi ne pas essayer de faire cette petite expérience pour essayer de répondre à la question précédente ? Avant de décoller et quand l’avion est au repos, posez votre smartphone sur la tablette, puis dans l'application FizziQ, enregistrez l’accélération absolue pendant 10 secondes, puis ajoutez cette valeur au cahier d’expérience. Dans les statistiques en bas du graphique, on trouvera la valeur moyenne sur la période. Il faut faire attention de ne pas bouger le smartphone quand on appuie sur le bouton d’enregistrement. Quand l’avion atteint son altitude de croisière, et quand son vol est stable sans turbulences, refaites la mesure pendant une dizaine de secondes, puis notez la moyenne de l'accélération absolue. L'utilisation de la moyenne permet de gommer les petites variations dues aux micro-turbulences de la carlingue. Quelle valeur obtenez-vous ? Quelle a été la variation de l’accélération de la pesanteur ? En prenant une valeur pour votre poids, quel est votre nouveau poids en altitude ? Dans la capture d'écran ci-contre, nous obtenons la valeur pour g de 9,78 m/s2, soit une différence d'environ 3%. Le poids d'un athlète P = m*g, est donc 3% plus faible à 10 000 mètres d'altitude qu'au niveau de la mer. Si d'habitude vous faites 30 pompes, peut-être pourrez-vous en faire 31 ? 😁 Néanmoins pas de quoi battre un record ! 💪 Ce voyage est également l'occasion de confirmer la formule de Newton sur la gravitation universelle. La formule qui donne la valeur de g en fonction de l’altitude h peut être déduite directement : g(h)=g(0)R²/(R+h)² avec R = 6400 km et h en km. Nous avons testé ce protocole durant un voyage entre Paris et Copenhague. L'altitude à laquelle nous avons fait la mesure était à 10 300 mètres. Le calcul donne la valeur suivante : g(0) = 9,81 et h = 10,3 km, g(h) = 9,78 m/s², soit égal à la valeur que nous avons obtenue (copie d'écran ci-dessus). Le mystère de g à l'équateur Après les travaux de Huygens sur le pendule en 1659, les scientifiques sont confiants d'avoir enfin une mesure précise pour l'accélération de la pesanteur, g. Cependant, contre toute attente, l’astronome Richer fait une découverte cruciale en 1672. Alors qu'il est en mission à Cayenne pour mesurer la parallaxe de Mars, il remarque que le pendule qui bat les secondes est plus court à Cayenne qu'à Paris, ce qui suggère que la pesanteur varie en fonction de la latitude. Cette expérience relance une compétition entre Newton et Huygens pour déterminer la raison de cet écart et obtenir une équation qui permettra de déterminer g à tout endroit de la Terre. Si vous avez la chance de voyager entre un pays proche de l’équateur et une destination plus au nord, pourquoi ne pas recréer l'expérience de Richer et étudier la variation de l’accélération de la pesanteur selon la latitude ? Pour cela, dans FizziQ, enregistrer l’accélération normale du portable posé sur une table dans le cahier d’expérience avant votre vol. Puis à la nouvelle destination, enregistrer également l’accélération normale au repos. Quelle différence obtenez-vous ? L'accélération de la pesanteur est moins forte à l'équateur en raison de deux principaux facteurs : l'effet de la rotation terrestre et l'aplatissement de la Terre : La rotation de la Terre crée une force centrifuge dirigée vers l'extérieur, maximale à l'équateur en raison de la plus grande distance à l'axe de rotation. Cette force s'oppose à la gravité terrestre, réduisant légèrement l'accélération de la pesanteur à l'équateur par rapport aux pôles. Ainsi, la pesanteur est moindre à l'équateur en raison de l'effet de rotation. D’autre part, la Terre n'est pas une sphère parfaite, mais plutôt un ellipsoïde aplati aux pôles. En d'autres termes, le diamètre de la Terre mesuré de pôle à pôle est légèrement plus court que le diamètre mesuré à l’équateur. Les points à l'équateur étant plus éloignés du centre de la Terre que les points aux pôles, la force gravitationnelle exercée par la Terre sur un objet à l'équateur est légèrement plus faible qu'aux pôles. Ces deux facteurs combinés font que l'accélération de la pesanteur est légèrement plus faible d’environ à l'équateur par rapport aux autres régions de la Terre. La formule générale est : g(θ)=g(0)⋅(1+k⋅sin²(θ)) avec k ≈ 0,00527 avec g(0), la valeur de g à l’équateur : g(0) = 9,78 m/s². En utilisant cette formule approchée, obtenez-vous la même valeur pour l’accélération à l’endroit où vous vous situez ? Conclusion Nous avons présenté sept expériences pour travailler seul ou en groupe sur la notion de gravité. L'étude de concept en apparence simple ouvre de nombreuses voies pédagogiques au collège et au lycée et permet à tous de se poser des questions passionnantes sur notre univers et son fonctionnement. Références : https://history.nasa.gov/alsj/a14/a14pendulum.html https://planet-terre.ens-lyon.fr/ressource/pendule-pesanteur-latitude.xml

Chers enseignants et partenaires scientifiques, C'est avec un enthousiasme particulier que nous vous annonçons les dernières évolutions de FizziQ, notre plateforme dédiée à l'enseignement dynamique des sciences. Ces améliorations sont le fruit de vos précieux retours et de notre engagement envers une éducation scientifique vivante et accessible. FizziQ "Cyan" sera disponible au début des vacances scolaires de fin d'année 2023. Pourquoi "FizziQ Cyan"? Cette mise à jour porte le nom de la couleur Cyan, choisie pour sa représentation de la modernité. Cette teinte, à mi-chemin entrer le bleu et le vert, incarne la tranquillité et la sérénité, rappelant la quiétude de l'eau et du ciel. En tant que couleur primaire en impression, Cyan est fondamental dans la création de nuances diverses, tandis que son rôle en optique comme complément du rouge offre un contraste captivant. Quelles nouveautés vous attendent avec FizziQ Cyan ? 🎨 Interface Visuelle Réinventée : La navigation dans FizziQ a été entièrement repensée pour offrir une expérience utilisateur encore plus fluide et engageante. La présentation sous forme d'icônes est conçue pour que vous et vos élèves puissiez accéder de façon intuitive et rapide aux instruments de mesure et outils de l'application. Nous espérons que vous aimerez cette nouvelle présentation plus claire et moins impressionnante pour les élèves. 📚 Accès Direct aux Activités : Nous avons transformé l'accès à notre riche catalogue d'activités. Oubliez les QR codes, désormais téléchargez directement plus de 50 activités adaptées à différents niveaux depuis l'application. Votre créativité est également la bienvenue : partagez avec nous vos propres protocoles pour enrichir notre communauté. 🎥 Vidéos Éducatives et Chronophotographies : Accédez instantanément à une bibliothèque enrichie de vidéos cinématiques et de chronophotographies directement depuis l'application. Tout en encourageant les élèves à créer leurs propres contenus pour une expérience d'apprentissage active, notre collection soigneusement sélectionnée est là pour compléter vos leçons, offrant des illustrations précieuses et des exemples concrets pour divers sujets étudiés. ⭐ Fonctionnalités 'Favoris' et 'État du Système' : Nous avons intégré deux nouvelles fonctionnalités pour améliorer votre expérience avec FizziQ. La fonction "Favoris" vous permet de marquer et d'accéder rapidement à vos instruments, activités, et ressources préférées, facilitant ainsi la personnalisation de votre enseignement. En parallèle, "État du Système" offre un aperçu des instruments de mesure disponibles et des autorisations. 📏 Mesures de Son et Magnétisme Avancées : Explorez de nouvelles possibilités avec des mesures de son et de magnétisme plus fines, permettant d'étudier des phénomènes complexes comme l'effet Doppler ou les variations du champ magnétique. 🔊 Synthétiseur de Son Étendu : Expérimentez avec une gamme de fréquences plus large, allant de 150 à 15 000 hertz, pour des leçons sur l'acuité auditive et bien plus encore. ⏱ Chronomètres Spécialisés : Simplifiez vos expériences avec des chronomètres dédiés aux études acoustiques et de mouvement, permettant une mise en pratique rapide et efficace des concepts étudiés. Votre engagement à utiliser FizziQ dans vos classes est pour nous une source d'inspiration constante. Nous sommes impatients de voir comment ces nouveautés enrichiront vos enseignements et susciteront encore plus la curiosité scientifique chez vos élèves. Bien cordialement, L'équipe FizziQ

Chez FizziQ, nous croyons fermement que l’expérimentation est au cœur de l’apprentissage scientifique. C’est cette conviction qui nous a motivés à lancer le projet FizziQ Connect , une solution qui rend l’expérimentation scientifique accessible, interactive, et passionnante, tant pour les enseignants que pour les élèves. En partenariat avec la Fondation La main à la pâte , nous voulons faire de FizziQ Connect un outil capable de répondre aux besoins des classes modernes tout en facilitant l'apprentissage des sciences par l’investigation. Notre Motivation : Rendre la Science Accessible L’un de nos objectifs principaux est de stimuler l’intérêt des élèves  pour les sciences en les engageant activement dans le processus d’expérimentation. Grâce à FizziQ Connect , les élèves peuvent explorer le monde autour d’eux en collectant et analysant des données réelles . Cela crée un lien tangible entre les concepts scientifiques théoriques et leur application pratique. Nous avons également cherché à créer un outil économique  et accessible à tous les établissements scolaires, même ceux disposant de budgets modestes. En combinant des briques technologiques éprouvées  et des capteurs du commerce, FizziQ Connect offre une polyvalence maximale  tout en restant abordable. Notre choix s'est porté sur la plateforme M5 Stack qyi répond à notre cahier des charges et offre un outil doté de multiples fonctionalités qui va nous permettre d'offrir un produit hors du commun. Un Outil Polyvalent pour la Science Nous voulons que FizziQ Connect  puisse se connecter une vaste gamme de capteurs interchangeables  (CO2, température, humidité, pression atmosphérique, etc.), offrant ainsi aux enseignants et aux élèves une grande liberté pour concevoir des expériences. Que ce soit en classe, au laboratoire ou sur le terrain, l'outil fonctionnera de manière autonome  grâce à sa batterie intégrée et se connecte facilement aux smartphones et tablettes  via Bluetooth. Cette portabilité facilite l'exploration scientifique dans des environnements variés. De plus, la compatibilité avec l'application FizziQ  enrichit l'expérience d’apprentissage. Les données recueillies peuvent être visualisées et analysées directement dans l'application, permettant aux élèves de créer des rapports scientifiques complets , incluant des graphiques et des annotations. Une Plateforme Ouverte et Non Propriétaire Contrairement à de nombreuses solutions d'ExAO (Expérimentation Assistée par Ordinateur), FizziQ Connect  reposera sur une architecture ouverte . Cela signifie que les enseignants ne sont pas limités à l’utilisation de capteurs ou logiciels propriétaires spécifiques. Au lieu de cela, FizziQ Connect sera compatible avec une vaste gamme de capteurs du commerce, facilement disponibles et interchangeables. Cette approche ouverte offre une flexibilité unique, permettant d’utiliser des capteurs de diverses marques, de les adapter aux besoins des élèves, ou même d’intégrer de nouveaux capteurs au fur et à mesure de leur apparition sur le marché.Cette liberté favorise l’innovation pédagogique, car les enseignants peuvent personnaliser leurs expériences en fonction des ressources disponibles, sans être contraints par des limitations matérielles ou logicielles. Un Prix Économique qui Ouvre de Nouvelles Possibilités FizziQ Connect a été conçu pour être une solution économique , permettant aux écoles de s’équiper à moindre coût. En utilisant des composants standard et des technologies éprouvées, nous avons réussi à réduire significativement le coût du dispositif, rendant ainsi l' apprentissage des sciences plus accessible à un plus grand nombre d'élèves. Cela permettra aux établissements d’acquérir plus de matériel , ce qui signifie que davantage d'élèves peuvent travailler simultanément avec des outils d’expérimentation, enrichissant ainsi leur expérience pratique. De plus, avec FizziQ Connect, il sera possible de travailler sur des classes entières , facilitant ainsi la tâche des enseignants qui n’ont plus besoin de diviser les élèves en petits groupes à cause d’un manque de matériel. Chaque élève peut bénéficier d'une expérience pratique, renforçant ainsi leur apprentissage et leur engagement. Des Fonctionnalités Innovantes et Adaptées La plateforme M5 Stack permet des possibilités particulièrement intéressantes pour rendre l'outil FizziQ Connect très innovant. FizziQ Connect ne se limitera pas à la simple collecte de données. Grâce à son menu intuitif , les utilisateurs peuvent facilement naviguer entre les capteurs, ajuster l’intervalle de mesure, activer le mode enregistrement, et bien plus encore. De plus, les données pourront être stockées localement  sur l’appareil, ce qui permet de réaliser des expériences même sans connexion à l’application. Ensuite, ces données peuvent être exportées  pour une analyse plus approfondie et l’élaboration de rapports. En plus de sa facilité d’utilisation, FizziQ Connect est équipé de fonctionnalités d’économie d’énergie  telles que le mode Auto-off et le réglage de la luminosité, garantissant ainsi une utilisation prolongée en classe ou sur le terrain. Finalement nous développerons une possibilité pour FizziQ Connect d'âtre facilement mise à jour par Wifi sans l'aide d'un ordinateur. Mobilité et Travail en Classe : Plus Besoin d’un Laboratoire L’un des autres grands avantages de FizziQ Connect sera sa portabilité . Contrairement aux équipements scientifiques traditionnels, qui nécessitent souvent un laboratoire dédié, FizziQ Connect peut être utilisé n'importe où . Avec sa batterie intégrée et sa connexion Bluetooth, l’appareil peut facilement être transporté entre la salle de classe et le terrain. Cela permet aux enseignants de mener des expériences directement en classe , sans avoir à dépendre d’un laboratoire spécifique. Les élèves peuvent ainsi réaliser des mesures dans leur environnement quotidien, que ce soit pour étudier les conditions atmosphériques à l'extérieur, observer la qualité de l'air ou explorer des phénomènes physiques. Cette mobilité enrichit l’apprentissage en le rendant plus contextuel et plus proche du réel. Conclusion FizziQ Connect incarne une approche moderne et innovante de l’apprentissage des sciences. Grâce à son architecture ouverte, son coût réduit et sa portabilité, il permet aux enseignants et élèves d’explorer les sciences de manière interactive et accessible. Que ce soit pour une utilisation en classe entière, des projets sur le terrain ou des expériences personnalisées, FizziQ Connect rend l’expérimentation scientifique plus facile, plus flexible et surtout plus passionnante. En donnant aux élèves la possibilité de manipuler eux-mêmes des capteurs et d’analyser des données réelles, nous espérons inspirer une nouvelle génération de scientifiques en herbe, tout en facilitant la tâche des enseignants.

Le sport n'est pas simplement une manifestation de force physique ou de talent naturel. C'est aussi une série complexe de mouvements, de réactions et de décisions, toutes influencées par les lois de la physique. En utilisant la technologie à notre portée, nous pouvons non seulement améliorer nos performances, mais aussi approfondir notre compréhension des principes scientifiques qui sous-tendent chaque mouvement, chaque saut, chaque coup. Alors, prêt à combiner votre passion pour le sport avec un peu de science? Attrapez votre smartphone et commençons l'exploration! Avant de commencer, un mot de précaution : les smartphones sont des appareils fragiles, on doit donc veiller à les sécuriser quand on les utilise comme appareils de mesure. Table des matières Les instruments de mesure - La course à pied - Le trampoline - Le saut à la perche - Le basket - Le lancer de disque - Le cyclisme - La boxe et les arts martiaux - Le plongeon - La pétanque - Le badminton - Le football - Les handisports - Conclusion Les instruments de mesure Pour réaliser les expériences décrites dans cet article, vous utiliserez les capteurs d'un smartphone ou d'une tablette. Ceux que nous utiliserons sont présents dans la plupart des appareils digitaux. Les données de ces capteurs peuvent être collectées grâce à des applications scientifiques disponibles sur les stores iOS ou Android. L'application gratuite FizziQ est parfaitement adapté à l'analyse des données pour les expériences que nous proposons. Le GPS : grâce à l'analyse de signaux venant de satellites, la puce GPS d'un smartphone permet de mesurer la vitesse, altitude et les distances. Ces informations sont utiles pour évaluer la performance des coureurs à pied ou sur un vélo, et identifier les facteurs qui influent sur leurs résultats. Le podomètre : le podomètre permet de mesurer la cadence d'une marche ou d'une course. Dans le cadre sportif, elle permet d'évaluer le rythme d'une course et sa régularité. L'accéléromètre : cet instrument permet de mesurer l'accélération linéaire et absolue. Elle fourni des informations précieuses pour analyser les sauts dans le cas du trampoline ou l'énergie des impacts dans le cas de la boxe. La caméra vidéo : utilisée avec un logiciel d'analyse de vidéo, elle permet de connaître la position dans le temps d'un objet ou d'une personne et d'en déduire la vitesse, l'accélération ou l'énergie. Les données recueillies donnent des informations qui permettent d'analyser les trajectoires au basket, la transformation de l'énergie dans le saut à la perche, la trajectoire d'un volant au badminton, la collision de boules de pétanque, l'effet Magnus pour le football, ou la position du centre de gravité lors d'un plongeon. Le gyroscope : ce capteur permet de connaître la vitesse de rotation du smartphone. Il peut être utilisé dans l'analyse de mouvements de rotation comme le lancer de disque ou de marteau. Le microphone : utilisé en conjonction avec un autre instrument comme l'accéléromètre, il permet de mesurer la vitesse de réaction des athlètes, par exemple au départ d'une course. Etudions à présent comment nous pouvons utiliser ces outils de mesure pour mieux comprendre différents sports. La course à pied La course à pied est probablement le sport que l’on peut étudier le plus facilement. Simple en apparence, elle est en réalité une danse complexe de biomécanique, de physiologie et de psychologie. Son étude permet d’aborder les thèmes de la performance, de la vitesse de réaction et de la physiologie du corps humain. Tout d’abord l’analyse de la performance. En mesurant la vitesse mesurée par le GPS ou le nombre de pas au cours du temps mesuré par le podomètre, on étudiera la vitesse de la course en fonction de la distance, sa régularité, la cadence des pas et leur longueur. En comparant ces paramètres pour différents coureurs on peut commencer à comprendre ce qui conditionne la performance de chacun. Un autre sujet d'intérêt concerne la séquence de départ pour la course. Ce moment essentiel peut être étudié en enregistrant simultanément le volume sonore qui mesurera le signal de départ, et la mesure de l’accélération qui mesurera la réaction du coureur (fonction Ecran Duo dans FizziQ). En comparant ces deux informations, on mesure la vitesse de réaction du coureur qui est le décalage entre le signal sonore et le mouvement de l'athlète. On peut comparer ce temps à celui d’autres athlètes. Une troisième analyse concerne les risques médicaux associés à la pratique de la course à pied. En utilisant l’accéléromètre on mesure la force de l’impact à chaque pas sur les jambes, qui est typiquement 5 à 10 fois le poids du coureur, soit 5 à 10 g. Cette constatation ouvre des discussions sur de nombreuses questions sur la physiologie du corps humain : est-il préférable pour la santé de courir pied nu ou avec des chaussures ? la pratique de ce sport à partir d'un certain âge est-elle recommandée ? Le trampoline Le trampoline, bien plus qu'un simple jeu d'enfants, est en réalité un terrain d'expérimentation sur la gravitation extrêmement intéressant. En utilisant l’accéléromètre on peut étudier de nombreux aspects du saut, notamment les rebonds et le vol. On a toujours un peu de mal à se représenter que durant la phase de vol, l'athlète est certes en chute libre, mais dans son référentiel il est également en apesanteur, comme l'a montré Einstein dans une expérience de pensée célèbre. Durant la phase de vol, l’accéléromètre affichera ainsi une accélération nulle, qui confirme que l’athlète est dans un état d’apesanteur. Le phénomène qui peut sembler fugace sur un trampoline, peut être évaluée avec précision : combien de temps un athlète passe-t-il réellement en état de chute libre ? Vérifie-t-on que l’accélération absolue est nulle ? A l'atterrissage, on pourra aborder d’autres questions : quelle est l’accélération lorsque l’athlète recontacte la toile, et comment cela influence-t-il le prochain saut ? quelle est l’amortissement si l’athlète ne fait aucune action ? Le saut à la perche Le saut à la perche, ce ballet aérien où l'homme cherche à déjouer la gravité, est une ode à la biomécanique humaine et aux lois de la physique. Derrière chaque envol, se cache une chorégraphie d'angles, de forces et de moments pivots, chacun jouant un rôle déterminant dans la quête de hauteur. Lors de la course, le système athlète-perche acquiert une certaine énergie cinétique. Cette énergie est transformée en énergie élastique de la perche après le planté et l’athlète prend son envol. Par un mouvement de balancement, le perchiste augmente encore l’énergie élastique. Lors de l'ascension la perche se détend et transforme l’énergie élastique en énergie potentielle de l’athlète. Durant la phase de retournement l’athlète continue de se hisser la tête en bas et passe la barre après une dernière poussée. Le saut à la perche est donc un mouvement très complexe et technique. Le meilleur outil pour étudier la mécanique du saut à la perche est l’analyse cinématique d’une vidéo ou d’une chronophotographie. On pourra filmer un ou une perchiste, ou utiliser une vidéo de la bibliothèque cinématique de FizziQ. Avec cet outil on pourra étudier comment durant chaque phase la transformation et l’apport d’énergie permet à l’athlète d’aller le plus haut possible. Par exemple : quel est l’apport de la course dans le gain de hauteur ? Quelle est l’énergie élastique emmagasinée dans la perche ? La poussée finale aide-t-elle l’athlète à aller plus haut ? Comment le mouvement de basculement permet-il de créer plus d’énergie élastique ? Pour aller plus loin, on trouvera dans cet article les détails des différentes séquences et le bilan énergétique que permet l’analyse cinématique. Le basket La parabole décrite par un ballon de basket lors d'un lancer franc est une illustration parfaite des lois de la physique qui peut être étudiée facilement avec la caméra d’un smartphone et le module d’analyse cinématique FizziQ. L’étude de la trajectoire est un exercice d'autant plus intéressant pour les élèves qu'ils peuvent réaliser leur propre vidéo à analyser et ainsi se confronter aux difficultés de la réalisation d'une bonne vidéo cinématique. Parmi les conseils qui feront une bonne vidéo, on s'assurera que le smartphone à une distance suffisante pour éviter les déformations dues au grand-angle. D'autre part, le plan doit rester fixe durant la durée de la vidéo. On utilisera une cadence de 30 ou 60 images par seconde. La hauteur du panier peut servir d’échelle. A partir de cette vidéo (ou d’une vidéo téléchargeable sur internet), on analyse alors la courbe du mouvement. On déterminera son équation qui est une parabole et ce calcul permettra pour les élèves de lycée de donner une estimation de l’accélération de la pesanteur g. Le lancer de disque Le lancer de disque est un exercice de transformation d'énergie qui nécessite une technique précise pour obtenir les meilleurs résultats. Lors de la phase de rotation, l'athlète accumule de l'énergie cinétique en utilisant la force de ses muscles et en exploitant la friction entre ses pieds et le sol. Cette énergie, acquise par la rotation du corps, est ensuite transmise au disque lors de la phase de lancement. L'un des éléments cruciaux de cette technique est la vitesse de rotation de l'athlète. Une rotation rapide permet de transférer plus d'énergie au disque, ce qui se traduit par un lancer plus long. Pour analyser le lancer, on pourra utiliser le gyroscope d’un smartphone attaché au bras de l’athlète. Les mesures permettront de déterminer la vitesse de rotation de l’athlète et ainsi donner une estimation de l’énergie cinétique du disque lors du lancer. La trajectoire d’un disque en rotation n’est pas une parabole et si le disque est envoyé avec un angle négatif par rapport à l’angle initial de la trajectoire, le disque peut aller beaucoup plus loin qu’un poids équivalent lancé à la même vitesse. On pourra essayer d’estimer la différence de trajectoire à partir de données accumulées sur le terrain. Le cyclisme Sport mécanique, le cyclisme permet d’aborder d’autres problématiques du sport, notamment les moyens de démultiplication de l’effort et les forces de résistance. Une première analyse concerne le fonctionnement du vélo et une partie importante : le changement de vitesse. Grâce à cette invention, le cycliste peut conserver une cadence de pédalage optimale quelque soit la vitesse du vélo. Il permet également d’appliquer des couples importants pour les côtes ou le démarrage. Pour mieux comprendre l’utilité du changement de vitesse, pourquoi ne pas faire l’analyse suivante ? On choisit une certaine distance (50 mètres par exemple) et on mesure le temps que met un cycliste à partir d’un départ arrêté pour atteindre cette marque le plus rapidement possible et on mesure également la vitesse atteinte grâce à la mesure GPS. Quel est le meilleur pignon ? Une deuxième analyse concerne les frottements. En effet, l’équation du cyclisme sur route plate est simple : l’apport d’énergie est dissipée en énergie de frottement, dont la principale à partir d’une certaine vitesse est le frottement de l’air, qui est proportionnel à la surface frontale. Pour étudier l’impact du frottement de l’air, on peut mesurer avec le GPS le ralentissement induit par différentes positions du cycliste : en position de course, ou debout sur les pédales. La boxe et les arts martiaux La boxe, un mélange de force, de technique et de stratégie, est également une illustration parfaite des lois de la physique en action, et notamment les lois sur la force et l'énergie. L'une des questions les plus courantes dans ce sport est : "Quelle est la puissance réelle d'un coup de poing ?". En fixant un smartphone équipé d'un accéléromètre sur un sac de frappe, on peut mesurer l'accélération subie par le sac lorsqu'il est frappé. Cette accélération, couplée à la masse du sac, permet de calculer la force du coup grâce à la deuxième loi de Newton (Force = masse x accélération). En outre, en connaissant la durée pendant laquelle cette force est appliquée, on peut estimer l'énergie du coup. Bien que cette méthode ne mesure pas directement la force du poing du boxeur, elle donne une indication précieuse de l'impact ressenti par un adversaire (ou, dans ce cas, par le sac). Dans le cas des arts martiaux, on peut également comparer l’impact d’un coup de poing et d’un coup de pied. Le plongeon Il est couramment admis qu'une balle lancée en l'air, en l'absence de frottements, suivra une trajectoire parabolique. Mais quand il s'agit d'une plongeuse réalisant un saut périlleux, la trajectoire du centre de gravité demeure-t-elle parabolique? Pour répondre à cette interrogation, une étude pratique peut être entreprise lors d’ une sortie à la piscine où l’on filme un athlète en plein plongeon. Pour ceux qui n'ont pas de piscine à proximité, il est possible de se référer à une vidéo de plongeuse disponible dans la bibliothèque de vidéos FizziQ. En exploitant la vidéo sur le module cinématique de FizziQ des pointages variés peuvent être réalisés. Dans une première analyse, on étudie le mouvement de différentes parties du corps comme par exemple la tête de la plongeuse, puis, dans une seconde, sur ses pieds. On constate que les courbes générées à partir de ces pointages diffèrent considérablement. Cependant, la mécanique nous assure que le centre de gravité d'un corps en chute libre, sans influence des frottements, décrit une parabole. Pour faire cette analyse, on peut essayer d’estimer sur chaque image la position du centre de gravité de l’athlète, et ainsi obtenir une trajectoire parabolique pour ce point. On peut également modéliser de manière plus précise le centre de gravité du plongeur en pointant chaque partie du corps, puis en exportant leurs coordonnées dans Excel et en appliquant les poids des tables de de Leva qui donne la répartition de la masse chez un humain. En utilisant cette méthode d'analyse fréquente chez les biomécaniciens, on vérifie alors que la trajectoire du centre de gravité est bien une parabole. La pétanque La pétanque offre un terrain de jeu très intéressant pour l'étude d’un phénomène que nous n’avions pas étudié précédemment : les collisions. En utilisant un smartphone, nous pouvons approfondir notre compréhension des interactions physiques qui se produisent lorsqu'une boule en heurte une autre. Une première analyse consiste à étudier par analyse vidéo le résultat d’un choc quand un joueur tire « au fer », c’est-à-dire quand la boule est lancée en l’air et qu’elle vient heurter la boule de l’adversaire avant de toucher le sol. On filmera cette séquence avec une cadence de 60 ou 120 images par seconde. En analysant la vidéo grâce aux outils d’analyse cinématique comme par exemple celui de l’application FizziQ, on pourra déterminer le coefficient de restitution lors d’un tir. Que peut-on en déduire sur la stratégie lors du tir "au fer" ? Une autre analyse consiste à mesurer la fréquence d’un son quand on frappe deux boules l’une contre l’autre. Cette fréquence varie-t-elle en fonction des boules ? les boules de meilleure qualité produisent-elles un son différent ? Le badminton Le badminton se distingue des autres sports de raquette grâce à son projectile spécifique : le volant. Sa forme unique entraîne une trajectoire distincte sans rebond, demandant aux joueurs d'anticiper ses mouvements. Le volant permet une variété de coups, des smashes rapides aux amortis subtils, favorisant des échanges tactiques. Cette spécificité exige des joueurs une grande condition physique pour se déplacer rapidement et une stratégie affinée pour déjouer l'adversaire. La trajectoire spécifique du volant de badminton peut être facilement étudiée par analyse vidéo. Si on ne dispose pas de lieu pour réaliser la capture, on peut utiliser une vidéo de la bibliothèque FizziQ. Il n’est pas possible de déterminer de manière formelle l’équation de la trajectoire mais on peut déterminer néanmoins trois phases distinctes . Une trajectoire initiale rapide : Juste après avoir été frappé, le volant voyage à une vitesse relativement élevée, ce qui peut donner l'impression d'une trajectoire presque linéaire sur une courte distance. Une décélération forte : En raison de sa forme et de sa construction, le volant décélère assez rapidement, lui donnant une trajectoire globale une forme globalement parabolique. Une chute pratiquement verticale : La fin de la trajectoire quand le volant est lancé très haut à les caractéristiques d’une chute verticale. Le football L'étude du lift ou de l'effet Magnus avec une balle de football est particulièrement intéressante, car elle met en évidence les principes de la mécanique des fluides en action dans le sport. Ce phénomène est souvent observé lorsqu'un footballeur donne un effet à la balle, lui faisant suivre une trajectoire courbée plutôt que droite. L'effet Magnus se produit lorsque la rotation de la balle crée une différence de pression d'un côté à l'autre, provoquant une force perpendiculaire à sa trajectoire. Pour étudier cet effet avec précision, une analyse vidéo est un outil puissant. En filmant le tir d'un footballeur sous différents angles, il est possible de suivre la trajectoire de la balle en temps réel. À l'aide d'un logiciel d'analyse cinématique comme FizziQ, on peut ensuite marquer la position de la balle image par image, permettant de visualiser sa trajectoire courbée et de mesurer l'ampleur de la courbure en fonction de la rotation initiale donnée à la balle. De plus, en comparant des tirs avec et sans rotation, on peut mieux comprendre l'influence de la rotation sur la trajectoire de la balle. Ainsi, l'utilisation de l'analyse vidéo dans l'étude du lift dans le football offre un moyen tangible d'explorer et de comprendre ce phénomène fascinant qui est au cœur de nombreux moments mémorables du sport. Le saut en longueur handisport Le saut en longueur handisport, avec l'utilisation de lames de carbone, présente un fascinant mélange de détermination humaine et de prouesses technologiques. Comme tous les autres handisports, il incarne la capacité d'adaptation face à l'adversité et offre un terrain unique pour étudier la biomécanique des mouvements. De plus, cette discipline soulève des questions importantes sur l'équité en sport, tout en servant de puissant symbole d'inclusion et d'inspiration. L'interaction entre l'athlète et la technologie moderne dans ce contexte spécifique suscite à la fois admiration et curiosité. Toutes les analyses que nous avons effectué auparavant sont possibles pour le handisport mais d’autres analyses peuvent également être réalisées et apporter un éclairage à la compréhension de ces sports. Par exemple, dans le cas du saut en longueur handisport avec “blades”, on peut étudier les questions suivantes : quelle est l'asymétrie qui est créée par l’utilisation de prothèses lors de la course et est-elle un handicap ? Comment la raideur d’une “blade” ou “lame” se compare-t-elle à celle d’une jambe valide ? L’angle de décollage est-il similaire entre un athlète handisport et non handisport ? Certaines de ces questions peuvent être étudiées grâce au smartphone, soit par mesure directe ou par analyse vidéo. Conclusion Au fil des années, la symbiose entre les sciences et le sport s'est renforcée, ouvrant la voie à des avancées remarquables dans la compréhension de la performance humaine. Les sciences, qu'elles soient physiques, biologiques ou sociales, apportent un éclairage précieux sur les mécanismes, les techniques et les stratégies qui permettent d'améliorer les performances sportives. Elles décortiquent, analysent et proposent des solutions innovantes pour repousser les limites de ce que le corps et l'esprit peuvent accomplir. Cependant, le sport n'est pas uniquement un terrain d'application pour les sciences ; il devient également un sujet d'étude passionnant en soi. À l'école et à l'université, l'analyse du sport, facilité par la disponibilité d’appareils de mesure digitaux que sont les smartphones, offre une opportunité unique d'aborder des concepts scientifiques de manière concrète et vivante, tout en stimulant la curiosité et l'enthousiasme des étudiants. L'arrivée prochaine des Jeux Olympiques à Paris met encore davantage en lumière cette interdépendance. Cet événement mondial est le théâtre de l'excellence sportive, où chaque fraction de seconde compte et où les innovations scientifiques peuvent faire la différence. Mais il est aussi un laboratoire à ciel ouvert pour les chercheurs, attirant l'attention sur l'importance de poursuivre les études interdisciplinaires entre sport et sciences. Références Prothèses tibiales de saut en longueur handisport - Jean BOUTEILLER, Pierre-Adrien BREARD, Paul FRAPART, Cyril VOISARD, Maxime VRAIN 5 expériences de biomécanique à faire avec un smartphone - Christophe Chazot LadhyX - Dossier presse Sciences2024 - Ecole Polytechnique

On peut voir la houle, onde mécanique qui se propage à la surface de l'eau; on peut également voir un tremblement de terre; mais peut-on voir une onde sonore ? Et que se passerait-il si cela était possible ? Nous verrons que cette question, simple en apparence, ouvre des scénarii pédagogiques passionnants pour utiliser la méthode d'investigation avec les élèves. 1. Qu'est-ce qu'un son ? Un son est une onde créée par un objet qui vibre dans un milieu comme l'air ou l'eau. Les mouvements de l'objet compriment puis détendent le milieu immédiat autour de l'objet, par exemple l'air, et ces variations de pression se propagent progressivement dans le reste du milieu sous la forme d'une onde sonore. Les ondes sonores sont caractérisées par leur fréquence, leur amplitude et leur timbre, qui déterminent les caractéristiques du son produit : La fréquence d'une onde sonore dépend de la vitesse à laquelle elle se propage dans le milieu matériel et de la distance parcourue entre deux pics consécutifs de l'onde. La fréquence détermine la hauteur perçue du son et peut être mesurée en Hertz (Hz). L'amplitude d'une onde sonore dépend de l'énergie qui a été transmise à la source du son. Plus l'énergie est grande, plus l'amplitude de l'onde sera importante. L'amplitude détermine la puissance perçue du son et peut être mesurée en décibels (dB). Le timbre décrit la complexité du son et sa périodicité. Un son pur contient une seule fréquence, un sons complexes plusieurs fréquences, un bruit est composé d'ondes des fréquences et d'amplitude aléatoires. Comme les autres ondes mécaniques, l'onde sonore n'engendre pas un déplacement de matière, mais une perturbation de celle-ci. Léonard de Vinci, le premier à avoir entrevu les mécanisme de la houle, fait cette analogie : "Ne voit-on pas au mois de mai courir par les campagnes les ondulations que fait le vent dans les blés, et pourtant les blés n'ont pas changé de place". 2. Peut-on voir un son ? L'expérience nous montre qu'on ne peut pas voir un son : que la musique soit forte ou pas, qu'une note soit aigüe ou grave, l'apparence visuelle du monde qui nous entoure ne change pas en fonction des sons qui sont émis autour de nous. Pour détecter un son il semble que nous ne puissions faire appel qu'à deux sens, celui de l'ouïe, et, pour les sons très graves ou très forts, et celui du toucher. Pourquoi ne peut-on pas voir un son ? On dit parfois que l'on ne peut voir un son car l'air est transparent. Cette explication est inadéquate. Ce n'est pas parce que l'air est transparent qu'on ne peut voir le son, mais parce que les caractéristiques de transmission de la lumière dans l'air varient très peu avec la pression (environ 0.025% pour un doublement de la pression atmosphérique). Comme l'onde sonore est une variation de la pression, on ne peut pas voir les effet du son sur le milieu quand elle le traverse puisque les caractéristiques optiques du milieu ne sont pas sensiblement affectées par son passage. Cela serait différent si, par exemple, l'indice de réfraction de l'air variait largement avec la pression, nous pourrions alors voir des déformations des rayons lumineux comme nous voyons la rupture d'un couteau dans un verre d'eau due à la différence d'indice de réfraction entre l'air et l'eau. Dans ce monde, chaque nouveau bruit entrainerait des déformations visuelles sous forme de vagues circulaires dont la source, la fréquence et l'intensité dépendrait des objets émetteurs, et qui interfèreraient les unes avec les autres ... Outre l'indice de réfraction, on peut imaginer que d'autres caractéristiques optiques pourraient être être également modifiées par les variations de pression du milieu, entrainant par exemple des variations de couleurs ou de luminosité. Traverser une rue passante deviendrait alors une vraie expérience psychédélique ! Admettons que les caractéristiques de transmission de la lumière dans l'air soient suffisamment sensibles à la pression, pourrions-nous quand même voir une onde sonore ? Pour qu'une onde sonore puisse qualifier au titre d'onde sonore, il faut qu'elle ait une fréquence suffisamment élevée pour que notre sens de l'ouïe soit capable de la percevoir. Or, pour être perçue par ce sens, l'onde sonore doit vibrer à au moins 20 oscillations par secondes, soit 20 hertz, ce qui est beaucoup plus rapide que la fréquence d'une vague (environ une oscillation toutes les 10 secondes) ou d'un tremblement de terre (plusieurs oscillations par secondes). La voix humaine "vibre" plutôt à 250-500 oscillations par secondes. Pourrait-on voir des variations du milieu à cette vitesse ? On mentionne souvent que la cadence d'acquisition des images de l'oeil est d'environ 20 images par secondes. En fait des chercheurs du MIT ont montré que quand un sujet pouvait anticiper un évènement, il était capable de reconnaître une image en seulement 13 millisecondes, ce qui correspond à une fréquence d'acquisition de 76 images par secondes. Cette cadence est largement inférieur à la fréquence habituelle d'un son et ce que nous pourrions au mieux détecter par la vision est un mouvement flou, un peu comme quand on regarde les vibrer cordes d'une guitare. On doit donc conclure que même si les caractéristiques du milieu dans laquelle évolue l'onde sonore pouvait en théorie la rendre visible, il ne serait néanmoins pas possible de la "voir" du fait de la rapidité du phénomène. On ne verrait probablement qu'un flou plus ou moins marqué autour des sources. 3. Comment voir un son Face à ces difficultés, les scientifiques ont développé plusieurs types d'approches pour voir un son et ainsi pouvoir mener leurs recherches sur les phénomènes acoustiques. Une première tentative nous vient de Galilée qui détecte l'apparition de motifs sur une plaque en vibration. C'est le physicien Ernst Chladni qui formalise à la fin du XVIII ème siècle le phénomène en utilisant des plaques de métal, sur lesquelles il faisait vibrer du sable avec un archet. La mathématicienne Sophie Germain quelques années plus tard donnera la première modélisation mathématique des figures de Chladni, travail pour lequel elle obtient le grand prix des sciences mathématiques en 1815. Les figures de Chladni permettent de visualiser l'emplacement des nœuds de vibration de la plaque excitée par une onde sonore et qui dépendent de la plaque et des fréquences utilisées. On peut étendre le concept de Galilée et Chladni en étudiant de nombreux effets du son, par exemple sur l'eau ou sur la peinture, un domaine de recherche que l'on appelle la "cymatique". Bien que l'effet soit visuellement très impressionnant, ces expériences ne permettent cependant pas à proprement parler de visualiser les ondes sonores. Pour visualiser effectivement les ondes sonores, il faut pouvoir mettre en évidence les variations des caractéristiques optiques du milieu quand il traversé par l'onde sonore. Nous avons vu que l'indice de réfraction de l'air présentait de très faibles variations quand la pression était modifiée. Comment amplifier ces variations pour les visualiser ? Une solution consiste à utiliser l'effet Schlieren qui permet d'isoler optiquement les déviations infimes des rayons lumineux qui traversent un milieu dues aux changement de son indice de réfraction. Cette méthode a été inventée par Léon Foucault au XIXème siècle (connu pour la démonstration du pendule au Panthéon) et perfectionnée par Auguste Toepler. En couplant un dispositif optique utilisant l'effet Schlieren à une caméra haute fréquence, et en émettant des sons de haute fréquence et de forte intensité, on arrive à visualiser les variations de pression de l'air et donc voir le son. Cette solution permet d'avoir une vision d'ensemble des perturbation créées par l'onde sonore. Une autre approche consiste à mesurer les variations de pression de l'air à un endroit donné avec un capteur spécifique : le microphone. Sous l'effet de la pression, la membrane du microphone bouge et génère des variations de tension dans un circuit électrique. En analysant ces variations avec un oscilloscope, on peut alors voir l'évolution dans le temps des variations de pression créées par l'onde sonore, à l'endroit du microphone. Contrairement à la méthode précédente on a pas une vision globale de l'onde à un instant t, mais son évolution dans le temps en un point précis. Jusqu'à récemment il était nécessaire d'aller dans un laboratoire pour faire ces mesures avec un oscilloscope mais avec les progrès de la technologie, un téléphone portable ou une tablette, suffisent pour voir le son. 4. Voir un son avec FizziQ Générons d'abord une onde sonore régulière avec un générateur de fréquence ou plus simplement avec le synthétiseur de son de l'application FizziQ. Appuyer sur l'onglet Outils, dans le bandeau du bas, puis Synthétiseur, et sélectionnez une fréquence, par exemple 600 Hz. La touche Play permet de jouer le son. Régler le volume pour qu'il soit suffisamment fort, mais pas trop fort pour ne pas vous gêner. Si vous avez un appareil Android, vous allez pouvoir analyser ce son directement avec le même smartphone dans l'application FizziQ. Si vous avez un appareil iOS il vous faudra un deuxième smartphone sur lequel sera installé FizziQ car les appareils Apple ne peuvent à la fois émettre un son et l'analyser. Sur l'appareil qui va analyser le son, vous appuyer sur l'onglet Mesures, puis dans le rond central pour sélectionner l'instrument Microphone, puis Amplitude. Cette mesure affiche un oscillogramme du son capturée à la fréquence de 44 000 Hertz, autrement dite elle capture les mouvements de la membrane du microphone toutes les 22 microsecondes ! Avec l'oscillogramme on va donc avoir une image très précise de la pression de l'air dans le temps à l'endroit du microphone. Visualisons cette onde sonore et étudions-la en appuyant sur le bouton rouge de capture de la mesure, puis dans le cahier nous pouvons étudier la courbe. On voit que l'on obtient une belle coupe sinusoïdale, typique d'un son pur qui fait résonner harmonieusement notre tympan. Pour en savoir plus, on pourra également consulter cette vidéo sur le son et ses caractéristiques : 5. Les formes d'une onde sonore On parle souvent de la forme d'une onde sonore mais ce que l'on mesure réellement est la courbe décrivant la pression en fonction du temps, comme on verrait la houle en coupe verticale. Chaque onde sonore présente différentes formes et caractéristiques que l'on peut étudier grâce à l'oscilloscope de FizziQ. Certains sons présentent de belles courbes sinusoïdales, et d’autres des courbes non sinusoïdales, mais périodiques, d’autres courbes enfin sont totalement irrégulières. Grâce aux sons de la bibliothèque de sons, il est facile de visualiser toute sorte de sons différents. Par exemple, comparons les courbes produites par trois sons : Le son d’un diapason La note la d’une flûte Le bruit d’une rue passante Comme le son du synthétiseur, le son du diapason lui aussi produit une courbe sinusoïdale. C'est un son pur, c'est-à-dire composé d'une seule fréquence. Ee son de la flûte est également périodique, c'est-à-dire que le motif se répète, mais ce n'est plus une sinusoïde. En fait ce son est composé de plusieurs fréquences qui s'additionne et créée une courbe plus complexe. On appelle ce son un son complexe harmonique. Harmonique car son motif se répète. On pourra étudier en détail les harmoniques avec l'analyse du spectre, un autre outil de FizziQ. Enfin étudions le bruit de la rue passante. Ce son lui n'est pas périodique, la courbe ne se répète pas et les pics semblent arriver de manière aléatoire. On appelle ce son un bruit pour indiquer qu'il n'est pas périodique et que les fréquences qui le compose sont aléatoire. 6. Conclusion Il n'est pas possible de voir le son, mais c'est justement ce qui en fait un terrain d'étude passionnant pour les élèves. Invisible, très rapide, le phénomène ne peut être étudié qu'avec le sens de l'ouïe, un instrument naturel très sophistiqué, ou un instrument scientifique. C'est donc une étude toujours particulière pour les élèves qui a une grande valeurs pédagogique pour l'apprentissage de la méthode scientifique. Jusqu'à présent ces phénomènes ne pouvaient être étudiés qu'en labo, mais grâce à des applications comme FizziQ, on peut conduire des démarches d'investigation très simplement et rapidement sur tout smartphone ou tablette, en classe ou en dehors de la classe. Une raison supplémentaire de réaliser des activités sur le son ! Pour des séances d'expérimentation en classe sur le son, nous avons rassemblé un grand nombre d'activités pour les classes et de collège et lycée.