Altimètre
Créée un altimètre avec un capteur de pression atmosphérique
Depuis longtemps, les scientifiques savent que l’air exerce une pression sur tout ce qui nous entoure. Cette pression atmosphérique est due au poids de l’air situé au-dessus de nous. Plus on monte en altitude, moins il y a d’air au-dessus de soi, et donc plus la pression diminue. Ce principe est utilisé dans de nombreux instruments comme les altimètres des avions ou des montres de randonnée. Aujourd’hui, certains smartphones possèdent un capteur de pression atmosphérique appelé baromètre. Ce capteur permet de mesurer de très faibles variations de pression. En comparant les valeurs mesurées à différentes hauteurs, il est possible d’estimer une différence d’altitude. Dans cette activité, l’élève explore la relation entre pression atmosphérique et altitude en réalisant des mesures à différents niveaux d’un bâtiment ou sur une colline. Cette expérience permet de comprendre comment les variations de pression permettent de déterminer l’altitude. Elle illustre également comment un modèle mathématique peut être utilisé pour interpréter des données expérimentales.
Résumé :
L'élève utilise le capteur de pression atmosphérique de FizziQ pour réaliser des mesures à différentes hauteurs, comme les étages d'un bâtiment ou sur une colline. Activité adaptée au Collège, Lycée.
Niveau :
Auteur :
Durée :
Collège, Lycée
FizziQ
20 minutes
Objectif pédagogique :
- Mesurer la pression atmosphérique à différentes altitudes.
- Observer la variation de pression avec la hauteur.
- Construire un modèle reliant pression et altitude.
- Estimer une différence d’altitude à partir de mesures expérimentales.
- Comprendre le fonctionnement d’un altimètre barométrique.
Concepts scientifiques :
- Pression atmosphérique
- Altitude
- Atmosphère terrestre
- Variation de pression avec l’altitude
- Modélisation mathématique
- Relation pression-altitude
- Compression des gaz
- Baromètre
Capteurs :
- Baromètre
Matériel :
Smartphone avec FizziQ (iPhone ou Android avec capteur externe), Accès à un bâtiment à étages ou une colline, Mètre ruban, Cahier d'expérience
Protocole expérimental :
Résultats attendus
Les mesures montrent que la pression atmosphérique diminue progressivement lorsque l’altitude augmente. La différence de pression entre deux niveaux proches est généralement faible mais mesurable. Pour des variations d’altitude de quelques mètres, la pression diminue d’environ 1 hPa tous les 8 à 10 mètres. Le graphique obtenu présente une diminution régulière de la pression avec la hauteur. Les mesures peuvent présenter de légères fluctuations dues aux variations de température ou aux courants d’air. La précision dépend de la stabilité du capteur et du temps laissé pour la stabilisation des mesures. Les résultats permettent d’estimer une différence d’altitude avec une précision de l’ordre du mètre dans des conditions favorables.
Questions scientifiques :
- Pourquoi la pression diminue-t-elle lorsque l’altitude augmente ?
- Pourquoi la variation de pression n’est-elle pas parfaitement linéaire ?
- Comment la température influence-t-elle les mesures de pression ?
- Pourquoi faut-il attendre que la mesure se stabilise avant de l’enregistrer ?
- Comment améliorer la précision des mesures réalisées ?
- Pourquoi les altimètres doivent-ils être calibrés régulièrement ?
Analyse scientifique
La pression atmosphérique diminue avec l'altitude selon une relation approximativement exponentielle. Au niveau de la mer, la pression standard est d'environ 1013,25 hPa, mais elle décroît d'environ 1 hPa tous les 8,5 mètres en basse altitude. Cette relation n'est pas parfaitement linéaire sur de grandes variations d'altitude, car l'air est compressible et sa densité diminue également avec l'altitude. Pour les faibles variations d'altitude (quelques centaines de mètres), on peut utiliser l'approximation barométrique simplifiée : Δh ≈ (P₀ - P) × 8,5, où Δh est la différence d'altitude (en mètres), P₀ la pression au point de référence et P la pression au point de mesure (en hPa). Pour des calculs plus précis sur de grandes amplitudes, la formule barométrique complète prend en compte la température. Les smartphones modernes intègrent des baromètres de précision (±0,1 hPa, équivalent à environ ±1 mètre d'altitude) pour améliorer le positionnement GPS et d'autres fonctions.
Variantes possibles
- Réaliser des mesures en montant progressivement un escalier pour obtenir davantage de points de mesure.
- Comparer les mesures réalisées à différents moments de la journée.
- Étudier les variations de pression lors d’un déplacement en ascenseur.
- Comparer les mesures obtenues dans différents bâtiments.
- Utiliser les mesures pour estimer la hauteur totale d’un bâtiment.
FAQ
Q: Qu'est-ce que la pression atmosphérique ?
R: La pression atmosphérique diminue avec l'altitude selon une relation approximativement exponentielle.
Q: Comment le smartphone peut-il mesurer la pression atmosphérique ?
R: Le baromètre intégré au smartphone mesure la pression atmosphérique en hectopascals avec une grande précision. FizziQ enregistre ces variations en temps réel, permettant de détecter des changements d'altitude de quelques mètres.
Q: Quelles sont les principales sources d'erreur ou limites de cette expérience ?
R: Au niveau de la mer, la pression standard est d'environ 1013,25 hPa, mais elle décroît d'environ 1 hPa tous les 8,5 mètres en basse altitude.