Résultats de recherche

Imaginez-vous que votre smartphone peut faire plus de cinquante types de mesures différentes sur le son, le mouvement, la lumière, la couleur, l'énergie ? Tout cela est possible grâce aux capteurs de taille microscopique qui sont dans votre smartphone. Avec FizziQ, nous donnons accès à la plupart de ces capteurs pour pouvoir faire des mesures de précision avec son smartphone ou sa tablette. Chacun peut ainsi utiliser son smartphone pour apprendre les sciences ! Table des matières Orientation - Eclairement - Luminance - Couleurs - Spectre de couleurs - Absorbance - Intensité - Nombre de pas - Inclinaison - Accélération linéaire - Accélération absolue - Volume sonore - Oscillogramme - Fréquence fondamentale - Spectre de Fréquence - Niveau de bruit - Champ Magnétique - Vitesse de rotation - Coordonnées géographiques - Altitude - Vitesse - Précision - Azimut - Angle d'élévation - Analyse cinématique Orientation (Boussole) La boussole affiche l'angle de ton portable avec le nord magnétique. Cet instrument utilise les différentes données du magnétomètre pour calculer cet angle. La précision des données est inférieure à 0,1 degré et la fréquence de mise à jour des données est en générale supérieure à 10 hertz, soit 10 données par seconde.", Eclairement ou luminosité (Luxmètre) Le capteur de lumière ambiante mesure l’éclairement sur une surface donnée. La mesure s’exprime en lux. Un lux est l'éclairement d'une surface qui reçoit, d'une manière uniformément répartie, un flux lumineux d'un lumen par mètre carré. Le lux est une unité généralement peu connue. Lorsque nous achetons des ampoules, nous regardons plus souvent le nombre de watts et le nombre de lumens. La pleine lune génère environ un lux, une lampe de salon, environ 50 lux, l'éclairage d'une salle de classe, tout comme le lever ou le coucher du soleil, environ 400 lux, la lumière du jour indirecte, plus de 10 000 lux, tandis que la lumière directe du soleil génère plus de 30 000 lux. La fréquence de mise à jour des données dépend des capteurs de ton portable et est en général supérieure à 10 hertz, soit 10 données par seconde Luminance (Luxmètre) La caméra du smartphone permet de calculer la luminance du flux lumineux qui est émise ou reflété par les objets qui sont dans son champ. La luminance est proportionnelle à l’intensité lumineuse mais, contrairement à la mesure d’éclairement, ne tient pas compte de la surface de la source lumineuse. C'est le ressenti visuel de l’intensité lumineuse. La luminance locale calcule la luminance des pixels centraux de l'image capturée par la caméra. La luminance globale calcule la luminance moyenne sur l'ensemble des pixels de l'image de la caméra. Dans FizziQ, la luminance est calculée comme la moyenne des composants rouge, vert et bleu détectés par la caméra du smartphone sur l’ensemble de l’image et rapportée à la valeur de calibration. La mesure est mise à jour à une fréquence d'environ 10 Hz. ATTENTION : les mesures de luminance sont des mesures relatives par rapport à une référence que l'utilisateur fixe en appuyant sur le bouton CALIB. ​ Couleurs (Colorimètre) Le colorimètre est un outil qui analyse les échantillons colorés. FizziQ utilise le détecteur photographique présent dans ton portable pour calculer différents paramètres qui caractérisent la couleur reflétée ou transmise par les objets que tu analyses. La couleur est un phénomène physique difficile à étudier. Chacun perçoit les couleurs différemment. Les capteurs photographiques des portables ont des sensibilités différentes à certaines longueurs d'ondes et les résultats ne sont pas toujours comparables pour différents portables. L'écran Couleur te donne un grand nombre d'informations sur la couleur du centre de l'image: un échantillon de la couleur perçue par le capteur et son nom commun, le spectre en % de la valeur maximum des composantes rouge, vert et bleu qui constituent cette couleur, la teinte sur l'échelle HSV, et l'intensité de cette teinte. ​ Spectre de couleur RVB (Colorimètre) Le savant Anglais Thomas Young a été le premier à découvrir que trois couleurs monochromatiques, le rouge, le vert et le bleu suffisent pour obtenir par addition toutes les sensations de couleur. Notre rétine est d'ailleurs composée de détecteurs appelés cônes qui ont des sensibilités particulières à chacune de ces couleurs. Un appareil photo digital fonctionne d'une manière semblable. Sur le capteur, est fixé un réseau de petits filtres de couleur rouge vert et bleu que l'on appelle un filtre de Bayer. Ce filtre laisse passer les longueurs d'ondes autour des longueurs d'ondes 460 nm (bleu), 550 nm (vert) et 640 nm (rouge). Ton portable fait de nombreux réglages pour que l'image soit toujours claire et que les couleurs soient bien représentées, mais cela peut affecter tes mesures si tu compares différentes couleurs. Il est donc recommandé d'appuyer sur le bouton Expo pour fixer les paramètres de ton appareil quand tu veux comparer différentes couleurs.​ ​ Absorbance (Colorimètre) L'absorbance mesure la capacité d'un milieu à absorber la lumière qui le traverse. Cette mesure est utilisée en spectrométrie pour mesurer les concentrations de produits chimiques. L'absorbance est le logarithme décimal du rapport entre l'intensité lumineuse de référence et l'intensité lumineuse transmise. L'absorbance est une donnée relative sans dimension. L'appareil de mesure doit être calibré en utilisant le bouton CAL, qui permettra de fixer l'intensité lumineuse de référence. Le bouton RAZ permet d'annuler la calibration. Ton smartphone ne peut se comparer à un spectromètre de laboratoire qui permet de réaliser des mesures de haute précision, mais il te permet néanmoins de réaliser certaines expériences passionantes sur la lumière.", Nombre de pas (Podomètre) Le podomètre est un instrument qui mesure le nombre de pas que tu parcours Ce calcul est fait grâce aux données de l'accéléromètre qui indique quand tes mouvements semblent être suffisamment réguliers pour indiquer que tu es en train de marcher. En analysant les changements d'accélération de ton corps, le podomètre est capable d'identifier les moments où tu fais un pas. Le podomètre ne se met en route que quand il détecte une régularité de ton mouvement de marche. Pour cette raison, tu dois d'abord marcher au moins 7 pas avant pour qu'il ne commence à compter tes pas. La précision de cet instrument dépend de la longueur de ton parcours mais elle est habituellement d'un pas pour centaine de pas. Inclinaison verticale (Inclinomètre) L’un des plus anciens outils de mesure utilisé par les premiers architectes est le fil à plomb. Cet instrument permettait de savoir si un mur était vertical et était très important pour construire des bâtiments solides. L'inclinomètre de ton smartphone a la même fonction et permet de calculer l'angle de ton portable par rapport à la verticale. L'angle que tu mesures est l'angle entre la ligne qui passe par le côté le plus long de ton smartphone et la verticale. La précision de cet instrument est de 0,1 degré et la fréquence de mise à jour est la même que celle de l'accéléromètre, c'est-à-dire inférieure à 10 millisecondes. Inclinaison horizontale (Inclinomètre) Tout le monde connaît le niveau à bulle qui permet de savoir si une table est horizontale. L'inclinomètre de ton smartphone a la même fonction et permet de calculer l'angle de ton portable par rapport avec un plan horizontal. L'angle que tu mesures est l'angle entre la surface du smartphone et le plan horizontal. La précision de cet instrument est de 0,1 degré et la fréquence de mise à jour est la même que celle de l'accéléromètre, c'est-à-dire inférieure à 10 millisecondes. ​ Accélération linéaire (Accéléromètre) L'accélération linéaire mesure la variation de vitesse de ton mobile (dans le référentiel terrestre) selon les trois axes X, Y et Z. Elle est mesurée en m/s². La valeur est donc nulle (suivant tous les axes) quand le téléphone est immobile. Cette mesure est en fait le résultat combiné de deux mesures: l'accélération absolue absolue, aussi appelé accélération avec g, et l'apesanteur qui est donnée par le magnétomètre. Ce dernier permet de soustraire la composante de la gravité de la mesure. L'accélération linéaire est ainsi une mesure qui reflète uniquement l'accélération créée par l'utilisateur sans la gravitation, comme si tu étais en apesanteur ! Cette mesure est très utile pour les jeux où seul le mouvement de l'utilisateur compte. L'accéléromètre mesure l'intensité de l'ensemble des forces qui s'exercent sur ton mobile et les exprime sous forme d'une accélération. Si tu agites ton mobile et que donc tu lui appliques des forces, tu verras la mesure augmenter ou décroître rapidement. L'accéléromètre de ton smartphone est très précis. La précision des mesures est inférieure à 0,01 m/s², et la fréquence de mise à jour des données est supérieure à 100 hertz, c'est-à-dire que 100 données sont calculées par seconde. ​ Accélération absolue (Accéléromètre) L'accélération absolue permet de mesurer l'accélération produite par l'ensemble des forces qui s'exercent sur le portable. Si tu gardes ton portable immobile, tu constateras que l'accéléromètre affiche une valeur d'environ 9.8 m/s². Cette accélération résulte de la force que tu exerces pour maintenir ton portable immobile et contrer la force d'apesanteur. L'accélération absolue est la donnée directement produite par le capteur accéléromètre, et est en ce sens plus précise que l'accélération linéaire qui est la résultante de deux capteurs. L'accéléromètre de ton smartphone est très précis. La précision des mesures est inférieure à 0,01 m/s², et la fréquence de mise à jour des données est supérieure à 100 hertz, c'est-à-dire que 100 données sont calculées par seconde. ​ Volume sonore (Microphone) Le sonomètre mesure le volume sonore capté par le microphone. Il est exprimé en décibels, ou dB. L'échelle des décibels est logarihmique: une source de 40 dB est 100 fois plus intense qu'une source de 20 dB.Le son le plus discret que l'oreille d'un être humain peut percevoir est de zéro décibel. Une conversation ordinaire atteint environ 60 dB, le son d'un mixeur est souvent de 90 dB, et les sons supérieurs à 140 dB sont douloureux pour l'oreille humaine. Une exposition continue à des sons de plus de 90 dB peut entraîner une perte de l'audition. La fréquence de mise à jour des données est supérieure à 250 hertz, c'est-à-dire 250 mesures par seconde. Les smartphones ont des microphones plus ou moins sensibles, et la mesure du volume va varier de l'un à l'autre. Le logiciel calibre l'appareil pour que le son le plus fort constaté sur une période de temps soit 90 dB et le moins fort soit de 20 dB. Il produit donc une mesure de la puissance relative du son plutôt qu'une mesure absolue. ​ Oscillogramme (Microphone) Un oscillogramme donne une représentation temporelle d'un signal en mesurant les variations de son intensité (ou amplitude) dans le temps. Les signaux périodiques et non périodiques peuvent être représentés par un oscillogramme, mais seuls ceux qui présentent une périodicité auront une représentation stable dans le temps. Remarque Pour créer l'oscillogramme, ton smartphone enregistre le signal sur des petits intervalles de temps, puis synchronise ces enregistrements de façon à démarrer la séquence toujours au même endroit de celle-ci. Par exemple il peut débuter la séquence quand le maximum est atteint. L'échelle de temps de l'oscillogramme est de 10 millisecondes. L'amplitude est exprimée en pourcentage de l'amplitude maximum qu'est capable de détecter le microphone. ​ Fréquence (Microphone) La fréquence d'un signal correspond au nombre de répétitions par secondes du motif élémentaire qui le compose. Elle est exprimée en hertz, noté Hz. Un son est en général composé de plusieurs sons purs ayant différentes fréquences. Le fréquencemètre donne la fréquence de plus forte intensité parmi toutes les fréquences qui le composent : la fréquence dominante. Remarque Pour calculer cette fréquence, le fréquencemètre enregistre le son du microphone sur de petits intervalles de temps. Puis, en utilisant un processus mathématique appelé la transformation de Fourrier, il calcule les fréquences de tous les sons purs et le niveau sonore de ces sons. Il en déduit alors le son dominant qui est la fréquence ayant la plus forte intensité sonore. Il est prévu qu’une prochaine version donne systématiquement la fréquence du fondamental afin de ne pas avoir (quelquefois) la fréquence de l’harmonique de plus grande amplitude. Quand cette modification sera effective, nous l’indiquerons dans l’information du capteur sur l’application. Nous intégrerons alors un nouvel instrument de mesure permettant d’afficher la « note » entendue puisque cette note dépend directement de la fréquence du fondamental (par exemple, un La4 correspond à une fréquence du fondamental de 440 Hz) ​ Spectre de fréquences (Microphone) Contrairement au fréquencemètre qui ne donne que la fréquence dominante d'un son (ou celle de son fondamental selon les versions), le spectre sonore détaille l'ensemble des fréquences qui le composent. Cet outil permet ainsi de décrire précisément les caractéristiques d'un son. Plus le nombre de fréquences qui composent la note est important, plus le son est dit « riche ». Cela contribue au « timbre » d’un instrument. Remarque Les fréquences sont exprimées en hertz, noté Hz. L'amplitude est exprimée en pourcentage de l'amplitude maximum qu'est capable de détecter le microphone. Précision Les données sont actualisées toutes les 0,5 secondes. ​ Champ magnétique (Magnétomètre) Le magnétomètre calcule le champ magnétique global auquel est soumis ton portable. La mesure est exprimée en microTesla, noté μT. Remarque Le magnétomètre de ton téléphone est très sensible aux courants électriques et aux objets métalliques. Les détecteurs de métaux utilisent des magnétomètres. Bien sûr, ton magnétomètre détecte également le champ magnétique terrestre qui varie entre 20 et 80 μT selon les endroits. Précision La sensibilité des magnétomètres que contiennent les smartphones est en générale inférieure à 0,2 μT. La fréquence de mise à jour des données est la plupart du temps supérieure à 50 hertz, soit 50 données par seconde. ​ Vitesse de rotation (Gyroscope) Un gyroscope est un instrument qui mesure l'orientation d'un objet dans l'espace. La vitesse de rotation se mesure en rpm, qui correspond au nombre de tours par minute. La rotation de ton mobile peut être mesurée par rapport aux 3 axes de ton téléphone (X, Y et Z) Ton smartphones possède des gyroscopes qui permettent de déterminer la vitesse de rotation du mobile sur lui-même dans tous les sens. Cela est très utile pour les jeux par exemple quand tu utilises ton portable pour contrôler une voiture ou un personnage. La rotation faciale est la rotation de ton mobile par rapport à l'axe z, qui est perpendiculaire à la face du smartphone. La rotation longitudinale est la rotation autour de l'axe y qui est la longueur de ton portable. Si tu mets ton portable dans un cylindre, tu pourras avec ce capteur détecter si ton mobile roule et à quelle vitesse Remarque Ton smartphones possède des gyroscopes qui permettent de déterminer la vitesse de rotation du mobile sur lui-même dans tous les sens. Cela est très utile pour les jeux par exemple quand tu utilises ton portable pour contrôler une voiture ou un personnage. Les gyroscopes sont essentiels pour la navigation des avions ou des satellites et leur permet de détecter si ils pointent vers le haut, le bas ou le côté. Habituellement, un gyroscope est constitué d'une roue ou d'un disque qui tourne autour d'un autre disque ou axe. La rotation des disques mesure à la fois l'orientation du gyroscope lui-même et la vitesse à laquelle il tourne dans un sens ou dans l'autre. Si tu mets ton portable dans un cylindre, tu pourras avec ce capteur détecter si ton mobile roule et à quelle vitesse ​ Latitude/longitude (G.P.S) Le GPS permet de calculer la position de ton mobile sur Terre. Un point sur la surface de la terre est caractérisé par sa latitude et sa longitude. Latitude : La latitude est l'angle formé entre la verticale d'un lieu et le plan de l'équateur : de + 90 degrés nord vers le pôle Nord à - 90 degrés vers le pôle Sud. FizziQ exprime la latitude en millidegrés (1 millidegré = 0.001 degré). Longitude : La longitude est la valeur angulaire de la position est-ouest d'un point par rapport à la longitude de référence sur Terre, le méridien de Greenwich. FizziQ exprime la longitude en millidegrés. La mise à jour des données se fait toutes les secondes. La précision du GPS pour la position est habituellement d'une dizaine de mètres. ​ Vitesse (G.P.S) Le GPS En analysant les changements de cette position, ton smartphone en déduit la vitesse de ton smartphone. La précision de cet instrument pour la mesure de la vitesse est en général inférieure à 1 m/s. La mise à jour des données se fait toutes les secondes. La mesure de vitesse nécessite habituellement quelques secondes pour être précise car elle est déduite des mesures de latitude et de longitude sur une certaine période de temps. ​ Altitude (G.P.S) Le GPS permet de calculer la position de ton mobile sur la terre. Le système est également capable de donner l'altitude au-dessus du niveau de la mer à laquelle ton mobile se trouve. La mise à jour des données se fait toutes les secondes. La précision du GPS pour la position est habituellement d'une dizaine de mètres. ​ Précision (G.P.S) Dans cet appareil de mesure, on a intégré l’affichage de la précision. Tu peux donc afficher la précision de la mesure de ton GPS en utilisant l'instrument Précision. Cette précision donne une mesure de la marge d'erreur de ton GPS. Elle est exprimée en mètres. Une Précision de 10 mètres indique que la position de ton smartphone est précise à 10 mètres près. Le système GPS fonctionne en recevant les informations de satellites qui tournent autour de la terre. Pour que la précision soit optimale, il faut que le GPS reçoive les informations d'au moins quatre satellites. Le signal traverse difficilement les obstacles comme des murs ou des arbres. Pour améliorer la précision de tes mesures, assure-toi que tu es en terrain dégagé, sans obstacle entre toi et le ciel. Azimut (Théodolite) Un théodolite est un instrument de mesure optique utilisé pour mesurer des angles horizontaux et verticaux avec une grande précision. L'azimut est l'angle entre le point visé dans la mire du théodolite et le nord magnétique. Cet instrument est fréquemment utilisé pour les calculs de triangulation. La précision de l'azimut est de 1 degré et les mesures sont réalisées avec une fréquence de 50 hertz. Angle d'élévation (Théodolite) ​L'angle d'élévation donne une mesure de l'angle entre l'horizontale et le point visé dans la mire du théodolite. Cet instrument permet de calculer la hauteur des bâtiments par exemple. Cet angle est positif si la visée est au-dessus de l'horizon et négative sinon. Il est exprimé en degrés. La précision de l'angle d'élévation est de 1 degré et les mesures sont réalisées avec une fréquence de 50 hertz. Cinématique L'analyse cinématique a pour but d'analyser la trajectoire d'un corps à partir d'images prises à intervalles réguliers, soit sous forme de chronophotographies, ou de vidéos. Le module cinématique de FizziQ permet de calculer à partir de ces deux types de séquence la position des corps, la vitesse, l'accélération et leur énergie. La présence de caméra permettant des vidéos de qualité et au ralenti offre des possibilités énormes d'analyse pour les élèves. Des protocoles passionnants sont accessibles pour tous les niveaux : https://www.fizziq.org/sports-cinematique

Réaliser et analyser avec vos élèves une vidéo cinématique est un excellent moyen de les impliquer. Pour éviter de perdre trop de temps durant la réalisation, voici 7 conseils simples à suivre pour vous assurer que ces vidéos soient rapidement exploitables. 1. Un smartphone suffit Comme dit le proverbe : "Le meilleur appareil photo est celui qu'on a sur soi". Il n'est pas besoin de filmer en 4K pour obtenir des vidéos exploitables pour une analyse cinématique. Pratiquement tous les portables sont capables de filmer en format 720p, soit une résolution de 1280x720 pixels, ce qui est déjà très largement suffisant. Tous vos élèves dotés d'un portable seront donc capables de filmer une séquence qu'ils pourront analyser. 2. Utiliser un pied L'étude cinématique consiste à analyser les déplacements d'un objet sur une image pour en déduire les déplacements dans le monde réel. Si la caméra se déplace lors de l'enregistrement vidéo, le mouvement parasite va être interprété comme un déplacement de l'objet et donc fausser la mesure. Il est donc important que le plan de caméra soit fixe durant la durée de l'enregistrement, idéalement en fixant la caméra sur un pied. On peut également poser l'appareil sur une table, un rebord de fenêtre et bien le caler pour qu'il ne tombe pas. Si l'appareil est tenu à la main, il faut bien alerter le caméraman à ne pas bouger et surtout ne pas suivre l'objet en mouvement ! 3. Ajouter une échelle Pour pouvoir faire une correspondance entre la dimension des objets sur l'écran et leur dimension dans le monde réelle, on a besoin d'une échelle; c'est-à-dire d'un objet dont on connaît la taille et qui figurera sur la vidéo en même temps que le mouvement que l'on souhaite analyser. Le mieux est d'utiliser un mètre, mais on peut également utiliser un personnage ou un objet dont on connaît la taille. Attention, il faut que l'échelle et les indications quelle compote soient lisibles sur la vidéo. 4. Respecter la distance Pour qu'une vidéo cinématique soit exploitable, il faut que toutes les positions de l'objet en mouvement soient à la même distance de l'objectif de la caméra. Dans la pratique il y aura toujours des variations de distance dues au mouvement intrinsèque de l'objet, mais il convient d'essayer de les réduire au maximum. Par exemple on essaiera de se placer plutôt plus loin que plus près en utilisant le zoom optique, ou digital si la résolution n'est pas trop altérée. Attention également à bien placer l'échelle à la même distance de l'objectif que l'objet en mouvement. 5. Faciliter le pointage Pour réaliser un bon pointage, il faut que l'objet ou la partie du personnage en mouvement que l'on souhaite analyser soit clairement identifiable et puisse être pointé précisément. Si l'objet est trop petit, on choisira un autre objet ou on se rapprochera. Si l'objet ou le personnage sont larges, on placera un signe distinctif qui servira de référence pour toute la séquence de pointage. Pensez également à travailler sur le contraste entre le fond et l'objet pour qu'il ressorte mieux sur l'écran. Un fond uniforme est souvent préférable. 6. Ajuster la cadence La cadence est le nombre d'images par seconde qui sont capturées par la caméra. Plus la cadence est importante et plus l'image du mouvement sera nette, mais en contrepartie, moins la résolution de l'image sera bonne. Pour les mouvements relativement lents, une cadence de 30 ou 60 images par seconde est suffisante (les cadences par défaut des smartphones). Si le mouvement est rapide, une cadence trop lente donnera des images "baveuses" il ne sera pas possible de faire un pointage précis. Il faut alors mieux filmer avec une cadence supérieure de 120 ou 240 images par seconde. FizziQ reconnait les différentes cadences mais on s'assurera bien dans l'analyse que l'écart de temps entre les images est respecté. Ceci est fait durant la séquence de pointage. 7. Vérifier le cadre Avant de commencer à enregistrer, il est préférable de s'assurer que toutes les parties du mouvement que l'on souhaite enregistrer sont dans le cadre de l'appareil. On doit à la fois avoir un plan suffisamment serré pour que le pointage puisse se faire en détail, mais suffisamment large pour avoir le début et la fin de la séquence. Bon tournage ! Pour en savoir plus sur l'analyse cinématique, vous pouvez visionner l'excellente vidéo de Jean-Michel Courty pour Billes de Sciences sur le sujet. Vous trouverez des exemples de vidéos que vous pouvez télécharger dans notre bibliothèque de vidéos cinématiques Pour en savoir plus sur l'utilisation de FizziQ pour l'analyse cinématique, rendez-vous dans notre Base de Connaissance.

Dans cet article, nous proposons cinq activités dans le domaine des mathématiques à réaliser avec son smartphone. Elles peuvent être proposées aux élèves de collège et lycée durant les cours de mathématiques ou pour un travail à la maison. Loi des sinus Calcul de hauteurs Cycloïde Triangulation Incertitude sur la mesure 1. Pourquoi faire des maths avec un smartphone Certains élèves peuvent trouver les mathématiques trop abstraites et difficiles à comprendre, surtout si le programme se concentre principalement sur la théorie et la résolution de problèmes abstraits sans montrer leur pertinence dans le monde réel. Cela peut rendre les mathématiques ennuyeuses et frustrantes pour certains élèves. L'utilisation du smartphone ou de la tablette, outil que tous les élèves ont dans leur poche ou leur cartable, permet de montrer sur des cas concrets de la vie de tous les jours à quoi servent les mathématiques. Ces appareils digitaux possèdent de nombreux capteurs comme l'accéléromètre, le GPS, la caméra ou le microphone qui peuvent être utilisés pour faire des mesures de précision grâce à des applications gratuites comme FizziQ. En utilisant son smartphone pour mettre en application la théorie du cours ou pour aborder des problèmes par la méthode d'expérimentation, l'élève devient plus engagé, comprend l'intérêt des sciences et apprend le raisonnement scientifique par la pratique. Nous proposons ici cinq activités facilement réalisable en classe ou à la maison et qui permet à l'élève de mettre en pratique les concepts qu'il a appris sur les angles, les relations trigonométriques, ou la statistique. Bien sûr cette liste n'est pas exhaustive et nous encourageons chacun à partager avec nous de nouvelles activités et protocoles ! 2. La loi des sinus La loi des sinus reste une formule très théorique pour les élèves. Cette loi mathématique qui décrit la relation entre les angles et les longueurs des côtés d'un triangle quelconque : Dans un triangle ABC, les rapports entre les longueurs des côtés et les sinus des angles opposés sont égaux : a / sin(A) = b / sin(B) = c / sin(C) où a, b et c sont les longueurs des côtés du triangle, et A, B et C sont les angles opposés respectivement. En d'autres termes, la loi des sinus indique que le rapport entre chaque côté du triangle et le sinus de l'angle opposé à ce côté est constant pour tous les côtés et tous les angles d'un même triangle. Cela signifie que si vous connaissez la mesure de deux angles et un côté du triangle, vous pouvez utiliser la loi des sinus pour calculer les mesures des autres côtés et angles du triangle. une activité intéressante pour les élèves consiste à leur faire mesurer une distance qu'ils ne peuvent pas mesurer avec un outil habituel d'arpentage. Par exemple car il existe un obstacle entre les deux points comme un cours d'eau ou une rivière infranchissable. Dans l'activité que nous proposons, les élèves utilisent le théodolite de l'application FizziQ et la loi des sinus pour mesurer les longueurs d'un triangle dans la cour de récréation, on pourra symboliser un cours d'eau au milieu de la cours pour bien faire comprendre l'utilité de la méthode. Cette mise en pratique permet une acquisition rapide et expérimentale du concept, montre aux élèves une application pratique d'une formule très abstraite, et peut être réalisée indifféremment avec une tablette ou un smartphone. Télécharger l'activité Loi des sinus : https://www.fizziq.org/team/loi-des-sinus Notre vidéo sur la mesure d'une distance avec le théodolite : 3. Calcul de hauteurs Qui ne connaît pas l'histoire apocryphe de Niels Bohr et du calcul de la hauteur d'un immeuble à l'aide d'un baromètre. Elle décrit l'inventivité du jeune Niels qui, pour répondre à un énoncé de physique, trouve une quantité de solutions techniquement justes, mais intentionnellement hors sujet. Dans cette activité, les élèves vont utiliser plusieurs façons d'utiliser, non pas le baromètre, mais le theodolite de FizziQ pour calculer la hauteur d'un bâtiment de l'école. En confrontant leurs résultats ils pourront déterminer la meilleure solution. Attention, laisser tomber son portable n'est pas une option ! Lire la fiche pédagogique de la main à la pâte : https://fondation-lamap.org/sites/default/files/sequence_pdf/Defi-mesure-batiment.pdf La vidéo Billes de Sciences par "La physique autrement" : 4. Etude d'une cycloïde Quand les mathématiques rejoignent la physique ! Une cycloïde est la courbe représentant la trajectoire d’un point fixé à un cercle qui roule sans glissement et à vitesse constante sur une route. La cycloïde a de nombreuses propriétés intéressantes. Par exemple, la longueur de la cycloïde est égale à 4 fois le rayon du cercle, et la surface sous la cycloïde est 3 fois la surface du cercle. En outre, la cycloïde est une courbe brachistochrone, c'est-à-dire que tout objet qui suit la courbe sous l'effet de la gravité atteindra le point final plus rapidement que s'il suivait toute autre trajectoire. Dans cette activité, l'élève va filmer un point sur la roue d'un vélo, ou il peut également utiliser la vidéo de cycloïde téléchargeable à partir de la bibliothèque de vidéos cinématique, pour réaliser une analyse cinématique du mouvement du point. Cette analyse lui permet de visualiser la trajectoire suivie par un point de la roue, ou d'autres points du rayon. Il peut également exporter les données vers un tableaur Excel. Cette expérience simple et rapide à mettre en oeuvre permet à l'élève de se familiariser avec l'analyse cinématique, l'équation des courbes, et il peut faire son propre film de la roue d'un vélo en mouvement. Télécharger l'activité Etude de la Cycloïde : https://www.fizziq.org/team/cycloide 5. Triangulation L'activité sur la loi des sinus peut être poursuivie par un calcul de distance par triangulation. On crédite Leon Battista Alberti comme l'un des premiers à se pencher sur une méthode de calcul des distances éloignées, mais c'est avec la cartographie de la terre et les recherches sur sa forme que la méthode de triangulation devient un outil extrêmement puissant de mesure. On pourra d'abord faire un rappel historique sur le calcul de la longueur du méridien par les astronomes, Pierre Méchain et Jean-Baptiste Delambre et la définition du mètre. Sous forme de séance d'investigation, on abordera également les différents problèmes que pose la mesure de longueur sur des terrains accidentés et l'utilité de la méthode de triangulation. Comme séance de travaux pratiques, dans la cour de récréation, ou mieux sur un grand terrain, on utilisera alors le théodolite pour calculer une longueur importante, et on vérifiera les résultats sur un site de cartographie satellite. On pourra par exemple demander aux élève de calculer la plus grande longueur possible autour de chez eux en utilisant la triangulation. Le protocole s'appuie sur les notations décrites dans cette vidéo : L'activité Triangulation téléchargeable dans FizziQ : https://www.fizziq.org/team/triangulation 6. Variabilité des mesures Cette activité propose de faire travailler les élèves sur la variabilité de la mesure d’une grandeur physique. Elle peut également être utilisée dans le cadre du projet expérimental et numérique. FizziQ permet d'enregistrer un grand nombre de données produites par les capteurs (accélération, magnétisme, fréquence, volume sonore). Ces données peuvent être analysées par les élèves directement dans le cahier d'expériences ou exportées dans un tableur. Elles permettent de répondre à différents types de questionnements : quelle est la précision d'une mesure ? comment améliorer la précision ? quel smartphone est le plus précis ? comment rendre compte de la dispersion d'une mesure ? Télécharger l'activité Incertitude : https://www.fizziq.org/team/incertitude Consulter la fiche pédagogique de La main à la pâte sur "Mesures et incertitude" : https://fondation-lamap.org/sites/default/files/sequence_pdf/mesures-et-incertitudes-defi-fizziq.pdf 7. En conclusion Bien que son nom ne l'indique pas, FizziQ est utilisable dans de nombreux autres domaines que la physique. Mathématiques, SVT, chimie, musique, géographie, sports, les instruments de FizziQ permettent aux élèves de faire des mesures et des travaux d'analyse dans de nombreux domaines et ainsi mieux comprendre le monde qui les entoure. ------------------------ P.S. Merci à Guillaume Lefranc pour ses protocoles et vidéos sur les mathématique, à Julien Bobroff et Frédéric Bouquet pour la vidéo sur le calcul de hauteurs, et à Aline Chaillou et Pauline Bacle pour les fiches pédagogiques La main à la Pâte.

Le mouvement des athlètes est l'un des sujets d'étude cinématique les plus intéressants. La précision des gestes, la transformation des énergies, la complexité des trajectoires sont autant de sujets passionnants à étudier pour l'élève, dans un domaine qui lui est en général familier. Dans ce post, nous analysons la discipline la plus complexe de l'athlétisme : le saut à la perche. Ce mouvement est intéressant car il permet d'étudier les multiples transformations de l'énergie : énergie cinétique de la course d'abord, énergie élastique de compression de la perche ensuite, puis énergie potentielle du saut. 1. Qu'est-ce que l'analyse cinématique ? La cinématique est une méthode utilisée en physique pour décrire les mouvements d'un objet ou d'un système en utilisant des grandeurs géométriques telles que la position, la vitesse et l'accélération. Elle ne considère pas les forces qui causent le mouvement, mais se concentre uniquement sur la description de celui-ci et sa dynamique. Cette analyse permet d'étudier les différents types de mouvements, tels que le mouvement parabolique, le mouvement rectiligne uniforme et le mouvement circulaire. Les lois du mouvement sont exprimées à l'aide de vecteurs et de projections pour décrire la trajectoire d'un objet ou d'un corps dans l'espace-temps. L'analyse cinématique peut se faire à partir d'une vidéo ou d'une chronophotographie. Elle est utilisée dans de nombreux domaines, tels que la mécanique, la robotique, l'aérodynamique, la balistique, et également pour étudier le mouvement des sportifs pour améliorer leurs performances. 2. Créer une vidéo pour l'analyse cinématique Pour faire une analyse pertinente de la dynamique d'un mouvement avec l'analyse cinématique, il faut disposer d'une bonne vidéo ou chronophotographie de ce mouvement. Nous avons rédigé un article sur les 7 règles à respecter pour filmer une vidéo exploitable pour l'analyse. Pour faciliter le travail des enseignants, nous avons créé plus de 20 vidéos de mouvements qui sont téléchargeables directement dans l'application FizziQ. La vidéo que nous allons étudier se trouve dans l'espace Ressources où nous avons rassemblé de nombreuses vidéos pour l'étude en classe de la cinématique : www.fizziq.org/cinematique. Elle est également accessible directement à partir de l'application FizziQ. Cette vidéo est reconstituée en plan fixe à partir d'un film du championnat IAFF de Shangaï 2015. Analysons ce mouvement dans l'application FizziQ. Si c'est votre première utilisation du module Cinématique, vous pouvez consulter l'excellente vidéo de Jean-Michel Courty pour Billes de Sciences sur le sujet ou les pages Cinématiques dans la Base de Connaissance. 3. Analyse de la trajectoire Intéressons-nous tout d'abord à la trajectoire de la perchiste. A partir des données sur la position x et y dans le cahier d'expériences, on visualise les différentes phases du mouvement : course horizontale, phase ascensionnelle, progressive au début, puis verticale, atteignant l'apogée à 2,4 secondes, puis chute sur le tapis. En visionnant la vidéo image par image, on peut également identifier des mouvements particuliers sur lesquels nous reviendrons lors de l'analyse des énergies : - le planté et décollage qui intervient après la butée. La perchiste donne une dernière impulsion horizontale et garde les bras tendus. La perche se comprime, se courbe et effectue un mouvement de rotation vers l'avant. L'athlète décolle du sol. - le balancement et retournement dans laquelle l'athlète effectue un mouvement de rotation autour de la prise qui augmente la compression de la perche. Ce mouvement se termine avec les pieds par dessus tête. - le redressement durant laquelle la perche se redresse et la perchiste continue de se propulser vers le haut avec ses bras. 4. Analyse des vitesses A présent, intéressons-nous à la vitesse horizontale de l'athlète. Jusqu'à 0,8 secondes, la course est faite à vitesse constante. Quand la perche vient buter contre le butoir, la vitesse horizontale chute linéairement alors que la perche se comprime et ralentit le mouvement horizontal. Cette phase terminée, quand la perche est verticale et détendue, la vitesse horizontale est constante puisque l'athlète n'est soumise à aucune force horizontale. Il est intéressant de noter que, dans la phase ascensionnelle, la vitesse horizontale diminue linéairement, ce qui suggèrerait que la force horizontale de compression exercée par la perche est constante. L'étude de la vitesse verticale permet de mieux visualiser la phase durant laquelle la perche est lâchée. Sur la vidéo, la perche se détend entièrement à 1,9 seconde. A ce moment, l'athlète ne semble plus pouvoir utiliser le support de la perche pour bénéficier d'un surcroît d'accélération verticale et la seule force qui s'exerce alors sur elle est l'apesanteur. L'apogée est atteint quand la vitesse verticale est nulle, vers 2,4 s. 5. Bilan énergétique L'analyse la plus intéresante est celle du bilan énergétique. Nous supposons ici que le poids de l'athlète est de 55 kg. On négligera le poids relativement faible de la perche dans l'analyse qui est de 2,5 kg. Nous traçons également sur le graphe l'énergie mécanique, somme de l'énergie potentielle et de l'énergie cinétique. On constate que le gain d'énergie potentielle entre le début et la fin du mouvement est légèrement supérieur à l'énergie cinétique initiale. Ce n'est donc pas simplement l'énergie de la course initiale qui est transformée en énergie potentielle mais également l'injection d'énergie de la perchiste durant la phase de vol, qui permet de compenser les pertes d'énergies dues aux frottements et chocs mais également d'aller plus haut. Il y a trois phases d'apport d'énergie : l'impulsion avant le décollage, le retournement vers 1,3 s dans laquelle l'athlète utilise ses abdominaux pour effectuer une rotation et le redressement vers 1,8 s où il s'étend à la verticale. Phase de retournement Phase de redressement Chacune de ces actions procure une énergie supplémentaire pour que l'athlète aille plus haut. Le bilan énergétique à chaque phase du mouvement permet de répondre à nombre de questions. Par exemple : peut-on faire une estimation de l'apport d'énergie de l'athlète durant la phase de vol ? Si l'on néglige les pertes, on peut estimer l'énergie élastique au point de compression maximale : c'est la différence entre l'énergie mécanique initiale et l'énergie mécanique en ce point, soit environ 1300 J. L'énergie potentielle nécessaire pour passer du point de retournement à l'apogée étant d'environ 2000 J, on calcule un apport d'énergie de l'athlète durant la phase de vol d'au moins 700 J, soit l'équivalent d'un gain de hauteur d'au moins 1,30m ! On voit donc bien la raison de la complexité du mouvement du saut à la perche : l'enchaînement des mouvements nécessite à la fois d'assurer de la bonne transformation de la course en énergie élastique et sa restitution en énergie potentielle, mais également d'apporter un supplément d'énergie lors de la phase de vol pour gagner encore plus d'un mètre ! Belle coordination !! 6. Conclusion En quelques minutes nous avons pu réaliser une étude d'un mouvement complexe, celui d'une perchiste. L'analyse que nous venons de faire est succincte mais on voit cependant que l'on peut très rapidement obtenir des intuitions très intéressantes sur la physique du saut à la perche et, pourquoi pas, se poser la question des améliorations que l'athlète pourrait apporter à son mouvement afin de tirer le meilleur parti des lois de la physique ! Du point de vue pédagogique, la mise en situation interpelle immédiatement l'élève, et lui montre l'utilité de l'apprentissage des sciences pour comprendre le monde qui l'entoure. Le saut à la perche est un sport bien particulier mais des analyse similaires peuvent être faites sur le football, le basket ou d'autres sports dont les vidéos sont accessibles dans la bibliothèque cinématique. Mais nous encourageons tout particulièrement les élèves et les enseignants à réaliser leurs propres vidéos, et pourquoi pas, à les partager avec nous pour leur intégration sur le site FizziQ ! Pour en savoir plus sur les différentes phases du saut : https://www.comsol.fr/blogs/reaching-new-heights-in-pole-vaulting-a-multibody-analysis/ Pour en savoir plus sur la cinématique du saut à la perche, vous pouvez consulter l'article "Étude énergétique du saut à la perche" par Rémi Carmigniani, Christophe Clanet, Quentin Lustig et Sébastien Homo Pour en savoir plus sur la cinématique et le sport, vous pouvez visiter le site de l'école Polytechnique sur ce sujet : https://www.polytechnique.edu/fondation/actualites/toutes-les-actualites/sport-handisport-la-physique-au-service-des-athletes Pour voir les autres blogs sur le sujet du mouvement, suivre ce lien : https://www.fizziq.org/activité-mouvement Aide au maniement de FizziQ : - pour faire ses premiers pas avec le module Cinématique, consulter notre Base Connaissance > FizziQ > Cinématique : premiers pas - pour télécharger une vidéo à partir de l'espace Vidéos Cinématiques ou à partir d'un fichier localisé sur Internet, consulter notre Base Connaissance > FizziQ > Cinématique : télécharger une vidéo

Imaginez un outil numérique qui aide les étudiants à maîtriser l'expérimentation scientifique, non pas virtuellement, mais en observant le monde qui les entoure. Imaginez un instrument scientifique qui permet aux élèves de faire des mesures précises sur le son, le mouvement, la position, la lumière ou la couleur. Un instrument facile à utiliser, engageant, qui encourage le travail collaboratif, capable de traiter des calculs complexes en temps réel, portable avec une grande autonomie et rapide à mettre en place. Imaginez un outil qui aide à résoudre les nombreuses inégalités dans l'accès à l'enseignement des sciences. Dans chaque pays, les smartphones ont permis aux citoyens de s'impliquer dans leur vie quotidienne. De la communication aux paiements, en passant par l'interaction sociale, la santé ou l'agriculture : tous les domaines de l'activité humaine sont transformés par ces appareils intelligents. Et ils peuvent aussi transformer la façon dont nos élèves expérimentent. Dans le contexte de la recherche scientifique, les smartphones offrent des fonctionnalités uniques aux étudiants et aux enseignants : - Une variété de capteurs pour effectuer des mesures physiques de qualité dans tous les domaines d'études primaires, secondaires ou universitaires - Une ergonomie adaptée aux élèves pour un engagement fort et durable - Des vitesses de calcul importantes pour réaliser des analyses complexes en temps réel - Des capacités de communication pour échanger des données et se connecter à des capteurs externes - Un appareil digital de petite taille et une grande autonomie, à utiliser sur le terrain ou à la maison - Une disponibilité et familiarité, car les smartphones sont présents dans la plupart des poches des étudiants Il y a quelques années, certaines applications dédiées ont vu le jour pour capturer et afficher les données des capteurs. Leur complexité les rendait plus appropriés pour les sciences de niveau universitaire que pour le primaire ou le secondaire. Heureusement, ils ont évolué pour devenir des outils d'expérimentation complets, utilisables au collège ou au lycée. En partenariat avec la Fondation La main à la pâte, reconnue pour promouvoir la recherche scientifique en Europe, la startup Trapeze.digital a créé FizziQ. L'application est gratuite, disponible sur Android et iOS, et propose les nombreuses fonctionnalités nécessaires à la conduite d'une investigation scientifique par les étudiants : - Analyse et enregistrement de plus de 30 mesures physiques - Des cahiers contenant des données, des mesures, des graphiques, du texte, des photos et des tableaux - Fonctionnalités d'exportation, pour créer de beaux documents PDF et CSV - Fonctionnalités de partage de bloc-notes pour une collaboration facile - Des outils d'expérimentation, dont des synthétiseurs, une bibliothèque de sons, un double enregistrement, des déclencheurs, et bien d'autres encore... - Protocoles scientifiques à partager avec les étudiants et la communauté éducative Ne nous trompons pas. FizziQ, ou toute autre application, ne peut remplacer les équipements de laboratoire de pointe. Non seulement ces instruments sont calibrés avec précision, mais il est utile de connecter des fils, d'utiliser des outils dédiés, de manipuler des appareils analogiques. Et soyons clairs, il existe de nombreuses mesures que les smartphones ne sont pas conçus pour effectuer. Cependant, dans de nombreux cas, les smartphones ne sont pas seulement un substitut adéquat aux instruments de laboratoire encombrants et coûteux. Ce sont aussi des outils pédagogiques à expérimenter, que les étudiants ont à cœur d'utiliser et qui resteront dans leur poche toute leur vie… un endroit où vous ne trouverez jamais d'oscilloscope !

Qui n'a pas entendu parlé de ChatGPT, la dernière version de l'outil conversationnel en langage naturel de la société d'intelligence artificielle OpenAI ? Successeur à la mode internet et AI du programme psychologue ELIZA, créé en 1966, ChatGPT promet de répondre de manière précise et structurée à toute question et est capable de soutenir des conversations à la manière d'un être humain. L'engouement pour le logiciel a été tel qu'il a battu le record d'acquisition d'utilisateurs, tous curieux de savoir si la machine intelligente était enfin arrivée. Nous aussi, nous voulions savoir quelles suggestions ChatGPT pouvait avoir sur notre sujet favori : l'utilisation des smartphones pour des expériences scientifiques. Les réponses aux questions que nous avons posées nous ont à la fois exaltés et déçus, mais surtout, elles nous ont permis d'en savoir beaucoup plus sur le fonctionnement du logiciel, et réfléchir sur le futur de l'IA pour aider le développement des sciences. Commençons par une question très générale : « Pourquoi utiliser un smartphone pour faire des expériences scientifiques ? ». La réponse, dont nous fournissons la copie d'écran ci-dessus, nous a un peu scotché. On peut, en effet, difficilement synthétiser mieux l’idée qui a été la nôtre quand nous avons créé l'application FizziQ. Nous pourrions presque mettre ce texte directement sur notre plaquette sans en changer une virgule ! La réponse contient même un avertissement sur la question de la précision des capteurs, un point particulièrement important pour l'utilisation des smartphones comme instruments de mesure en sciences. Du coup, on a voulu en savoir plus : "Quelles expériences scientifiques peut-on donc faire avec un smartphone ?" Là, par contre, on est déçus ... ou rassurés … c’est selon. Si la première réponse était précise et parfaitement juste, ce deuxième test se révèle décevant car la plupart des expériences scientifiques proposées sont inintéressantes, mal décrites, ou, pire, impossibles, comme le calcul de la vitesse de la lumière. ChatGPT est à côté de la plaque, mais peut-être sommes-nous en partie responsables car nous n'avons pas été très précis sur la raison pour laquelle nous voulions utiliser les smartphones pour faire de l'expérimentation scientifique, et quel type d'expérience nous recherchions. Cependant, la réponse n’est pas inintéressante pour comprendre comment fonctionne le logiciel, car elle montre qu'il utilise à la fois un raisonnement logique fondés sur des analogies (le calcul de la vitesse de la lumière qui reproduit le calcul de la vitesse d’un objet matériel), et également des connaissances "originales", trouvées sur internet (par exemple le calcul de g en différents points du globe est une expérience très rarement mentionnée). Nous aimerions cependant bien en savoir plus sur ce calcul de la vitesse de la lumière. Comment ChatGPT propose-t-il que nous procédions ? Une chose est sûre, le protocole proposé par ChatGPT n’a pu être proposé par un humain. On ne trouve d'ailleurs ce protocole nulle part sur internet. Il est fondé sur un raisonnement logique de ChatGPT : puisque l'objectif est de calculer une vitesse et que les deux paramètres qui entrent dans le calcul de la vitesse sont la distance et le temps, trouvons un moyen de les calculer. C’est une bonne approche, mais malheureusement aucun des paramètres ne peut être calculé de la manière dont le propose ChatGPT. Néanmoins, cette réponse est d’une telle logique qu’un néophyte pourrait facilement se laisser berner, ce qui en soit pose d'ailleurs en soit d'autres problèmes. Pour faire bonne mesure, le logiciel nous met d'ailleurs en garde sur le fait que ce calcul doit être fait précisément, car la lumière va très vite… Là, au moins, on est d'accord ! Bien sûr, la question était un peu piégeuse ! Essayons donc une expérience plus simple qui consiste à utiliser la chute d'un objet pour mesurer la constante de gravité g. ChatGPT interprète correctement g et explique bien l'objectif de la manip. Il donne également un protocole tout à fait plausible, mais sans donner de détails pour réaliser la mesure. Par contre le logiciel ajoute des informations qui montrent qu'il ne maîtrise pas la manip. En effet les variations de gravité dues à la latitude ou l'altitude sont largement inférieures aux erreurs de mesure d'une telle expérience. Une bonne copie doit donner la bonne dose d'informations justes et pertinentes. ChatGPT est extrêmement addictif et on pourrait poursuivre longtemps la conversation, mais ces quelques interactions nous permettent déjà de nous faire une idée sur les possibilités et limites du logiciel dans sa version actuelle. Est-il prêt à révolutionner les sciences ? Pas encore, car il est difficile de fairer confiance à un programme qui donne avec le même aplomb des réponses tout à fait justes ou complètement fausses. Le défaut de ChatGPT est de ne pas expliciter d'où vient la réponse qu'il produit, un problème récurrent dans les algorithmes d'intelligence artificielle fondés sur les réseaux de neurones. Tout article scientifique donne ses sources, le raisonnement qui soutient l'analyse et les sources qui ont été jugées non crédibles, ChatGPT doit nous donner plus d'éléments pour juger de la pertinence de ses réponses. C'est une évolution nécessaire sans lequel il restera cantonné dans le rôle d'assistant d'écriture junior, ce qui n'est déjà pas si mal ! Si ChatGPT n’est pas encore tout à fait prêt à nous donner les réponses dont nous avons besoin pour comprendre le monde, ne nous y trompons pas, cela viendra. En attendant ce futur un peu inquiétant, une chose est sûre : nous allons découvrir une créativité nouvelle dans les copies de nos élèves !

De nombreuses applications permettent de calculer le rythme cardiaque en utilisant uniquement l'appareil photo d'un smartphone. Sur quels principes reposent ces applications ? Peut-on utiliser FizziQ pour réaliser les même mesures ? Cette technique peut-elle nous aider à mieux comprendre certaines spécificités de notre système cardio-vasculaire ? 1. La photopléthysmographie Le phénomène physiologique sur lequel reposent ces applications a été mis en évidence pour la première fois en 1937 par Hertzman et Spealman (5). Ces deux scientifiques ont constaté qu'ils pouvaient mesurer à l'aide d'une cellule photoélectrique des variations de transmittance de la lumière à travers le doigt et que ces variations permettaient d'estimer précisément le rythme cardiaque. En effet, à chaque battement du coeur, un afflux de sang se propage dans les vaisseaux durant la phase que l’on appelle systole. Le volume sanguin augmente rapidement dans les vaisseaux capillaires et les tissus deviennent légèrement plus épais et rouges du fait de l’afflux de sang chargé d’hémoglobine (3). Avec le reflux cardiaque, durant la phase de diastole, la quantité de sang dans les tissus diminue et ils deviennent moins opaques. En analysant les variations d’opacité ou de couleur des tissus suffisamment transparents, comme ceux d'un doigt ou d'un lobe d'oreille, on peut ainsi déterminer les phases systole et diastole et calculer le rythme cardiaque (1). L'analyse des flux sanguins par cette méthode optique s'appelle la photopléthysmographie, du grec "phôtós", la lumière; "plêtusmos”, l'augmentation; et "gráphô", écrire. Cette méthode est devenue progressivement très importante dans le domaine médical de surveillance, par exemple elle est utilisée dans les oxymètres portables qui ont été essentiels pour suivre les malades atteints de la Covid-19. Elle est également utilisée dans les montres connectées pour calculer la fréquence cardiaque. Sous certaines conditions, on peut utiliser la caméra de nos smartphones pour conduire des analyses simples de photopléthysmographie. Bien sûr nous n'atteindrons pas la précision d'appareils spécialisés mais on peut néanmoins obtenir un certain nombre d'intuitions intéressantes sur le fonctionnement du système cardio-vasculaire humain. Nous étudions dans la suite deux méthodes pour conduire cette analyse. 2. Analyse par mesure de luminosité Nos smartphones possèdent des capacités d'analyse de lumière et de couleur grâce à la caméra. L'application FizziQ donne deux types d'informations qui seront utiles à cette analyse : la luminance qui mesure la quantité de lumière réfléchie par une surface, et la colorimétrie qui permet de mesurer les quantités de lumières transmises par le filtre de Bayer de l'appareil photo. Le luxmètre de l'application FizziQ permet de mesurer l'opacité des tissus de notre index. Sélectionnons la luminance moyenne qui permet une analyse globale de la lumière réfléchie. On place le bout du doigt en contact avec la lentille de l'appareil photo comme indiqué sur la photo en appuyant très légèrement sur l'objectif. On s'assure que la luminosité est comprise entre 15% et 40% en éclairant plus ou moins le doigt avec un source de lumière externe. Le meilleur endroit pour faire cette mesure est le bout extrême du doigt. Après quelques instants, on constate qu’un signal régulier apparaît sur le graphique. Ce signal est faible, et n'entraine une variation que de quelques pour-cent de la luminosité. Progressivement le doigt au contact du téléphone se réchauffe et dilate les vaisseaux ce qui améliore le signal. Il faut trouver la meilleure position en déplaçant le doigt sur l'objectif. Attention, si la pression exercée par le doigt est trop forte, le diamètre des capillaires et leur capacité de dilatation est moins importante, ce qui réduit les variations de transmittance. D'autre part la qualité de la caméra et la rapidité du smartphone sont des éléments déterminants pour faire des mesures précises. Enfin sur les doigts très fins, comme ceux des enfants, la mesure peut se révéler difficile à mettre en oeuvre. Pour étudier le signal on enregistre les données pendant une dizaine de secondes avec le bouton REC et on l'ajoute au cahier d'expériences. Avec les boutons d'échelle on peut centrer et agrandir l'échelle, et sélectionner la plage d'étude. A noter que l'on peut déplacer le bouton de sélection + si il gêne. On constate que le rythme des pics est régulier et permet de mesurer ce qui devrait être le rythme cardiaque. Les creux correspondent aux phases de systole durant lesquelles le sang est abondant dans les vaisseaux, les pics correspondent aux phase de diastole. En utilisant la loupe du cahier d'expériences, on mesure l’écart de temps entre les différents pics (1,05 s) ce qui nous donne la fréquence cardiaque qui dans ce cas est de 57 pulsations par minute. On vérifie cette valeur avec un appareil médical. 3. Analyse par la mesure des couleur La méthode que nous venons de décrire permet d'obtenir des résultats en général acceptables, mais on peut améliorer la mesure en utilisant la couleur et le colorimètre (voir ce blog pour le fonctionnement de cet instrument) . En effet, l’hémoglobine sous sa forme oxygénée absorbe les rayonnements verts compris entre 510 et 560 nm (4). Comme, le filtre vert du filtre de Bayer de nos appareils laisse passer les rayons lumineux de longueurs d'ondes autour de 530 nm, nous pouvons mesurer la quantité de sang dans les tissus en observant l'Intensité de la couleur verte réfléchie par ceux-ci. Durant les phases de systole, les rayonnements verts émis par la source lumineuse seront plus largement absorbés que durant la phase de diastole. C'est cette méthode qui est d'ailleurs utilisée par les montres connectées : elles émettent une lumière verte à intervalles réguliers et mesurent l'intensité réfléchie par les tissus. Nos portables ne peuvent émettre de lumière verte, mais nous pouvons néanmoins faire la même analyse en mesurant avec le colorimètre l’intensité des longues d’ondes du vert dans un tissu éclairé par la lumière blanche de la torche de notre smartphone, utilisée comme source de lumière stable. Pour l'allumer durant la mesure, on sélectionne l'option « LED pour le colorimètre » dans le menu Application de l'onglet Réglages. Sélectionnons la mesure « Intensité » du Colorimètre et nous mesurons cette intensité dans les longueurs d’ondes de la couleur verte (530 nm). On déplacera le doigt pour que la mesure moyenne soit au moins de 10%. Le graphique que nous obtenons est habituellement plus précis que celui obtenu avec la mesure de luminance et nous permet d'obtenir plus d'intuitions sur le phénomène. Par exemple nous constatons sur le graphique que les variations de l'intensité ne sont pas symétriques. En d'autres termes, la montée de la pression pression artérielle est rapide (diminution de l'intensité), et la phase de baisse de pression (augmentation de l'intensité) est lente. L'intuition nous dit que l’onde de pression artérielle générée lors de la contraction devrait plutôt être symétrique, comment expliquer ce phénomène ? Les gros vaisseaux qui partent du coeur sont élastiques (aorte, grosses artères) et se déforment sous la pression générée par le volume d’éjection systolique. L’onde de pouls se propage rapidement avec une vitesse de 8-10 m/s, mais rencontre rapidement des obstacles du fait de la diminution progressive du diamètre des artères du réseau de distribution du sang. Ces petits vaisseaux ne sont également pas élastiques. L'onde va donc être réfléchie et va repartir en sens inverse (2, 7). Cette deuxième onde (onde dicrote) se superpose à la première avec un décalage et permet à la pression artérielle durant la phase de relaxation du coeur de diminuer plus progressivement. Ce phénomène est très important car il permet d’optimiser la pression de perfusion coronaire. 4. Conclusion Peut-on faire d'autres types d'analyses sur la physiologie du système cardiovasculaire ? Il est probable que pour aller plus loin, les smartphones doivent intégrer d'autres capteurs ou composants électroniques. Les oxymètres par exemple calculent le taux d'oxygène dans le sang en comparant l'intensité réfléchie quand on éclaire un tissus avec deux longueurs d'ondes différentes, rouge et infrarouge. L'utilisation de techniques comme l'intelligence artificielle permet également de tirer un meilleur parti des capteurs. Par exemple des recherches récentes ont montré qu'il était possible d'analyser le rythme cardiaque en étudiant des vidéos du visage (5). L'utilisation des smartphones pour prévenir des maladies a fait des progrès importants ces dix dernières années et il n'y a aucun doute qu'avec le développement de nouveaux capteurs et l'utilisation de méthodes d'analyse encore plus performantes, de nouvelles applications vont voir le jour pour aider les populations à identifier encore plus rapidement les maladies et participer à la proposition de traitements (6). La technologie actuelle présente sur la plupart de nos smartphones ne peut les transformer en appareils médicaux, mais pour ceux intéressés à mieux comprendre la physiologie de notre système cardiovasculaire, elle donne des informations pertinentes et objectives à partir desquelles on peut conduire des démarches d'investigation tout à fait intéressantes. Pour en savoir plus, vous pouvez consulter les liens suivants : 1. http://univ.ency-education.com/uploads/1/3/1/0/13102001/physio2an13-i3hemodynamique.pdf 2. https://sofia.medicalistes.fr/spip/IMG/pdf/Back_To_Physio-La_courbe_de_pression_arterielle.pdf 3. https://hal.archives-ouvertes.fr/tel-02068347/document 4. https://scilogs.fr/questions-de-couleurs/la-couleur-du-sang-dans-tous-ses-etats-1-le-sang-humain-est-il-toujours-rouge/ 5. https://www.researchgate.net/publication/313863759_Origin_of_Photoplethysmographic_Waveform_at_Green_Light 6. https://bmcmedinformdecismak.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12911-020-01381-x 7. https://hal.sorbonne-universite.fr/hal-01288428/document Illustrations : Figure 1: https://www.beurer.com/gesundheitsratgeber/fr/bloodpressure/what_is_blood_pressure.php Figure 2 : © Bernard Valeur Figure 3 : https://sofia.medicalistes.fr/spip/IMG/pdf/Back_To_Physio-_La_courbe_de_pression_arterielle.pdf

Il n'est pas aisé de démontrer en classe que l'addition de deux sources sonores de même intensité entraîne une augmentation du niveau sonore de trois décibels, un résultat largement mentionné dans les manuels scolaires. En effet, pour pouvoir démontrer cet effet sans phénomènes d'interférences, il faut utiliser des sources sonores indépendantes, comme par exemple des bruits blancs, ce qui requiert un accès à du matériel spécifique. Dans ce post, nous utilisons l'application FizziQ pour aborder expérimentalement de manière très simple cet effet, et, en prolongement, questionner les élèves sur les phénomènes d'interférences pour les sons purs. Utilisons l’application FizziQ sur trois smartphones. Le premier mesurera le niveau sonore (onglet Mesures), et les deux autres émettront chacun un "Bruit Blanc" que l'on trouvera dans la bibliothèque de sons de l'application (onglet Outils -> Bibliothèque de sons). Le niveau sonore d'un bruit blanc est variable sur des très courtes périodes et donc nous utilisons la mesure Niveau de Bruit qui moyenne les valeurs de l'intensité sonore. Nous réglons le volume des deux smartphones émetteurs pour que les deux sons soient de niveaux sonores équivalents. Puis nous mesurons le son émit par les deux smartphones simultanément et nous constatons alors une augmentation du niveau sonore global de 3 décibels. Si l'on dispose d'une classe importante, on pourra essayer d'additionner le bruit blanc de 10 portables d'élèves pour une augmentation du niveau sonore de 10 décibels, et ouvrir la discussion sur les logarithmes. On peut également utiliser le son "Rue Passante" de la bibliothèque qui est proche d'un bruit blanc et qui met les élèves en situations plus réelle. On pourra alors aborder la notion de bruit. A présent essayons d'utiliser un signal pur à la place du bruit blanc. Par exemple, utilisons deux sons de fréquence 600 Hz grâce au synthétiseur de fréquences de l'application (onglet Outils -> Synthétiseur de fréquences). Nous constatons que le résultat est hautement aléatoire : en effet, en répétant plusieurs fois l'expérience, on s'aperçoit que le volume sonore peut augmenter de plusieurs décibels, mais également baisser ! La raison est que deux sons purs de même fréquence ne sont pas indépendants. Le résultat de l'addition des sons dépend du déphasage entre les deux sources. Si nous additionnons deux sons purs de même fréquence et en phase, la résultante aura une amplitude double et le niveau sonore augmentera de 6 décibels, pas 3. Par contre deux sons purs de même fréquence mais déphasés d’une demi période auront un son résultant d’amplitude nulle. C’est d’ailleurs sur ce principe que fonctionnent les casques à réducteurs de bruit. On peut également reproduire cet effet sur un seul portable en utilisant deux voies sur le synthétiseur, et en les dépassant progressivement. Finalement, si on utilise deux sons purs de fréquences différentes mais proches, on obtient alors des interférences régulières entre les deux sons qui crée le phénomène de battement que nous avons décrit dans une autre vidéo. L'expérience d'addition des sons est très intéressante à réaliser en classe et ouvre de nombreuses pistes pédagogiques. Avec l'application FizziQ elle est très simple à mettre en oeuvre. Bonne expérimentation ! Pour en savoir plus sur les ondes sonores, consulter notre blog : "Comment voir un son ?"

Les cours de sciences peuvent paraître intimidants ou inintéressants pour de nombreux élèves. Introduire ces cours avec une activité surprenante permet de capturer leur attention et de les rendre ouverts à l'investigation. Par exemple, en utilisant un des "selfies de physique" créés par Julien Bobroff et son équipe de « La Physique Autrement ». Les selfies utilisent les déclencheurs qui démarrent une action quand une condition sur une mesure est satisfaite. Par exemple prendre une photo ou démarrer un chronomètre quand un son dépasse un certain niveau. Les déclencheurs permettent de faire des mesures plus précises et donnent à l'élève la capacité de créer de nouveaux outils d'expérimentation pour des recherches d'investigation scientifique. Quelles d'activités scientifiques introduire avec les "selfies de la physique" ? « Le Selfie Opéra » est une bonne introduction pour un cours sur les fréquences et la gamme mais permet également de parler de sujets d'actualité comme l'utilisation du logiciel Autotune par de nombreux artistes pour corriger la voix et chanter juste. Si la plupart des artistes cachent cette utilisation, deux artistes que les élèves connaissent bien, Gims ou Booba, sont au contraire de fervents partisans d'Autotune pour créer des styles bien particuliers : quand le correcteur crée l'innovation ! Une activité très populaire auprès de nos utilisateurs est le calcul de la vitesse du son. On pourra commencer la séance avec « le Selfie Hurleur », puis on demandera aux élèves de créer un chronomètre sonore avec les déclencheurs, c’est-à-dire un chronomètre qui mesure la durée entre deux évènement sonores. A partir de ce nouvel outil d'expérimentation, les élèves pourront calculer la vitesse du son en suivant la procédure décrite dans cette vidéo. Finalement au programme scolaire de nombreux niveaux, on retrouve la mesure de la gravité. Cette mesure peut être réalisée très simplement avec un smartphone en utilisant l’accéléromètre. On peut faire cette mesure avec ou sans déclencheurs mais l’utilisation des déclencheurs permet de faire des mesures reproductibles et plus précises. La fiche d'activité FizziQ se trouve ici ! Pourquoi ne pas débuter la séance avec « Le Selfie Kangourou » ? Les possibilités offertes par les déclencheurs sont nombreuses et les élèves trouveront de nombreuses autres applications. Merci à l’équipe de « La physique Autrement » d'avoir créé cette ressource entraînante, qui permet aux enseignants d'ouvrir de façon intéressante et ludique des séances d'expérimentation en classe. Tenez-nous au courant de vos projets !!

FizziQ est un système ouvert qui aide les professeurs à créer leurs propres protocoles expérimentaux, soit à partir des protocoles existants qu'ils peuvent modifier, soit en créant de nouveaux protocoles. Il pourront ensuite partager ces protocoles avec leurs élèves ou la communauté éducative. Comment télécharger un protocole ? L'élève ou le professeur peuvent télécharger dans l'application un protocole à partir d'un fichier texte ou sous forme de QR code. dans l'onglet protocole, appuyer sur +, puis sélectionner créer un protocole, ou scanner un code QR. A noter que le protocole est entièrement contenu dans le code QR et il n'y a pas besoin d'internet pour le télécharger. Où puis-je trouver des protocoles Le site www.fizziq.org contient plus de 30 exemples de protocoles qui peuvent être téléchargés et modifiés par les professeurs. Sur les réseaux sociaux, on retrouve des protocoles FizziQ avec le hashtag #fizziqlab. La communauté est encouragée à partager ses protocoles pour que d'autres enseignants, en France mais aussi à l'étranger et dans les pays en développement, puisse utiliser les smartphones comme outils éducatifs. Comment créer ou modifier un protocole ? Le professeur peut créer un protocole à partir de zéro ou utiliser un protocole existant et le modifier pour l'adapter à ses besoins. 1. Pour créer un nouveau protocole: à partir de l'application, appuyer sur + dans l'onglet protocole, puis "Créer un nouveau protocole" 2. Pour éditer un protocole existant : sélectionner le protocole à modifier dans la liste des protocoles, puis appuyer sur l'icône stylo en haut à droite pour le modifier. 3. Pour créer ou éditer un protocole à partir d'un fichier texte: ouvrir sur votre navigateur un générateur de codes QR (chercher dans google "générateur de code QR") puis suivez les règles du format de protocole FizziQ décrites ci-dessous. Quel est le format FizziQ de protocoles ? Les protocoles sont structurés sous forme d'un fichier texte contenant moins de 1200 caractères. Le format FizziQ est défini par des champs séparés par la combinaison de caractère "//". Les champs sont les suivants et les informations doivent être placées dans le bon ordre: 1. La séquence commence par le code : "Fizziq" 2. Le titre en format texte 3. L'objectif du protocole en format texte 4. Les différentes étapes du protocole classées et séparées par le séparateur "//" Exemple de protocole Je désire créer un protocole dont le titre de l'expérience est "Le son", le sous-titre "Travail sur l'amplitude et la fréquence", et deux étapes "Choisissez un instrument de musique pour lequel vous souhaitez analyser le son" puis "Quel instrument de FizziQ pouvez-vous utiliser pour mesurer la fréquence fondamentale d'une note de votre instrument ?". Dans le champ texte du générateur de "QR Code" disponibles sur internet, taper le texte suivant : "Fizziq//Le son//Travail sur l'amplitude et la fréquence//Choisissez un instrument de musique pour lequel vous souhaitez analyser le son//Quel instrument de FizziQ pouvez-vous utiliser pour mesurer la fréquence fondamentale d'une note de votre instrument ?" Puis générer le QR code avec une résolution maximale, et importez le avec votre application FizziQ (+ dans l'onglet protocoles, puis "scanner un code QR") ​ Comment partager un protocole ? FizziQ permet également d'imprimer ou de partager le protocole en format texte ou sous le format code QR. 1. Pour partager un code QR digitalement, sélectionner le protocole, puis appuyer sur l'icône partage en haut à gauche et sélectionner "partager un QR code" 2. Pour partager un protocole sur papier, sélectionner le protocole, puis appuyer sur l'icône partage en haut à gauche et sélectionner "partager en PDF" 3. Pour partager un protocole digitalement en format texte, sélectionner le protocole, puis appuyer sur l'icône partage en haut à gauche et sélectionner "partager en format Texte" Puis-je télécharger un protocole dans une autre langue ? FizziQ permet de réaliser une traduction d'un protocole dans la langue de votre portable. Sélectionner un protocole, appuyer sur l'icône partage puis "Traduire un protocole". Comment partager un protocole avec la communauté éducative ? Les enseignants peuvent partager un protocole sur les réseaux sociaux avec le hashtag #fizziqlab. Ils peuvent aussi envoyer leurs protocoles à l'adresse mail juliette@fizziqlab.org pour être diffusés sur le site Fizziq.org. L'envoi doit comporter le code QR, une image d'illustration (facultatif), et le nom ou pseudo de l'auteur (préciser "anonyme" si vous ne souhaitez pas que le protocole soit attribué). Triangle.digital se réserve le droit de publier ou non le protocole. Y-a-t-il des droits sur le format de protocole FizziQ ? Le format de protocoles FizziQ n'est pas propriétaire. Nous espérons voir émerger une base de données de protocoles d'expériences qui pourra servir à de multiples applications. Pourquoi utiliser les codes QR ? FizziQ utilise la technologie des codes QR comme moyen d'échange de protocoles d'expériences. Le système de code QR a été inventé en 1994 par Masahiro Hara de la société japonaise Denso Wave. L'utilisation des codes QR est libre de droits. Le code QR présente plusieurs avantages qui ont guidé ce choix pour FizziQ. Le premier, est que la technologie permet l'échange de fichiers texte de petites tailles (inférieures à 4 ko) sans utilisation d'internet. Dans de nombreux pays, et souvent aussi dans le cadre scolaire, les élèves n'ont pas accès à internet. Les protocoles d'expériences sont en général des fichiers de taille réduite. D'autre part, la technologie est très largement utilisée, notamment pour le paiement dans de nombreux pays et tous les smartphones sont équipés d'appareil photo. Il existe de nombreux outils gratuits sur internet pour générer un QR-code en ligne. Quelles sont les limites du code QR ? Les codes QR utilisés habituellement peuvent contenir jusqu'à 4296 caractères alphanumériques. Cependant pour l'utilisation dans FizziQ, nous recommandons que la taille du protocole, y compris les séparateurs, ne dépasse pas 1 200 caractères. ​

L'utilisation de smartphones ou de tablettes en classe nécessite un cadre mais aussi une certaine flexibilité. Suite à nos expérimentations en classe, voici quelques points qui peuvent vous aider lors des premières séances. 1 - Soyez confiant L'application FizziQ a été conçue pour les étudiants, et son ergonomie est la même que celle des autres outils numériques qu'ils utilisent. Les étudiants peuvent être invités à télécharger l'application avant la première session. Une brève présentation du premier instrument de mesure qui sera utilisé peut être faite en classe ou avant la première séance, à domicile. 2 - Mettez les ordinateurs portables en mode avion FizziQ n'a pas besoin d'un accès aux données mobiles. En mode Avion, les élèves ne seront pas distraits par les messages susceptibles d'apparaître sur leur portablem. Le smartphone devient rapidement un outil d'enquête à part entière. 3 - Encourager le travail de groupe Le travail de groupe permet à des étudiants moins familiarisés avec les outils numériques de s'approprier l'application tout en bénéficiant des découvertes des autres. FizziQ possède de nombreuses fonctionnalités que le travail de groupe permet de découvrir. Selon les thèmes abordés, le nombre de téléphones ou de tablettes variera. 4 - Laissez les élèves se familiariser avec l'outil Lors de la première session, il est préférable de prévoir dix à quinze minutes pour que les étudiants se familiarisent avec les différentes fonctionnalités de l'application. Cette durée doit être comptée dans la programmation de la session. Le temps dappropriation diminuera très rapidement après la première session. 5 - Choisissez un protocole d'expérimentation adapté Vous trouverez de nombreux exemples de protocoles ou de challenges sur les sites suivants: https://www.fizziq.org/protocoles ou https://www.fondation-lamap.org/fr/fizziq. Pour votre première séance, choisissez un protocole qui ne nécessite qu'un seul istrumentn de mesure. 6 - Demander un rapport final FizziQ permet aux étudiants de créer facilement des documents synthétiques détaillant leurs hypothèses, mesures et conclusions. Ces documents peuvent inclure des graphiques, du texte, des photos, des tableaux et être partagés librement par e-mail, WhatsApp, etc. Essayez FizziQ en classe et aidez vos élèves à découvrir un nouvel outil pour faire de la science !

Quand on ouvre le menu accéléromètre dans FizziQ on trouve deux types d'accélération : l'accélération linéaire et l'accélération absolue. D'autres applications comme Phyphox les nomment aussi accélération sans g et accélération avec g. Quelle est la différence entre ces différents types d'accélération ? Dans un précédent post sur l'accélération, nous avons vu que l'accéléromètre de notre portable tient compte de la gravité. Au repos il affiche 9,8 m/s². Le problème est que cette composante de l’accélération de la pesanteur ne correspond pas forcément à ce que nous percevons être l'accélération. Depuis que nous sommes nés, nous sommes habitués à vivre avec la gravité, et de 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. L'accélération que nous aimerions mesurer et qui est utile pour de nombreuses utilisations est donc celle qui est due uniquement aux mouvements de l'utilisateur. C'est à dire qu'il faut déduire de l'accélération la composante gravité. C'est ce que l'on appelle l’accélération linéaire (ou accélération sans g). Si l'on considère le portable au repos, on peut déterminer les composantes de l’accélération de la pesanteur grâce aux mesures de l'accélération absolue x, y et z. Si on fait un déplacement retiligne sans changer son orientation, les composantes du vecteur gravité restent les même dans le repère du portable, et nous pouvons calculer l’accélération linéaire. Cependant si, au cours d'un déplacement, notre portable change d’orientation, il n’est plus possible de savoir comment est orientée le vecteur gravité dans le repère de notre portable et donc nous ne pouvons plus calculer l’accélération linéaire. Heureusement, il y a dans la plupart des portables deux autres autres capteurs qui peuvent nous aider : le magnétomètre et le gyroscope. Ces deux capteurs sont également des MEMS et donnent d’autres informations qui vont nous permettre de calculer l’accélération linéaire. 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 constatées 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 fero-magnétique), 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 connait le champ magnétique à l'instant initial, on peut connaître les changements d'orientation du portable en comparant le vecteur du champ magnétique a 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. Il semblerait au vue de ce qui précède que la meilleure méthode pour calculer l'accélération linéaire utilise la combinaison accéléromètre et gyroscope. Cependant un élément supplémentaire doit être pris en compte. En effet, le gyroscope consomme significativement plus d'énergie qu'un accéléromètre, qui lui même consomme beaucoup plus que le magnétomètre. Tout dépend donc de la précision dont on a besoin et de l'énergie que l'on est prêt à dépenser pour atteindre cette précision. Pour résumer, voici un petit tableau de l'utilisation simultané des capteurs : Capteurs Calcul de l'accélération linéaire Accéléromètre Mauvais Accéléromètre+Gyroscope Bon - forte consommation Accéléromètre+Magnétomètre Moyen - faible consommation Accéléromètre+Magnétomètre+Gyroscope Excellent - très forte consommation