Mesure de la vitesse
Expérimentalement, dans notre laboratoire de physique, nous pouvons utiliser l’une ou l’autre de plusieurs méthodes pour mesurer la vitesse des objets.
Chronomètre et bâton de mesure:
La façon la plus simple de mesurer la vitesse est d’utiliser un chronomètre et un bâton de mesure. A moins d’être négligent, l’erreur humaine peut rarement être attribuée à des erreurs dans les expériences. Cependant, la qualité d’un chronomètre dépend de celle de l’homme qui le contrôle. Au mieux, le temps de réaction humain est une fraction de seconde (1/5ème) et cela seul peut créer une erreur.
Photogates et bâton de mesure
Nous pouvons éliminer le facteur d’erreur humaine en utilisant un photogate. Dans un photogate, lorsque notre objet mobile bloque un faisceau lumineux, il déclenche le démarrage de notre minuterie. Lorsqu’il bloque une deuxième porte, il peut arrêter le minuteur. Certains photogates sont des dispositifs autonomes, d’autres s’intègrent à un ordinateur. Vous pouvez également régler les photogates pour mesurer le temps plus court pendant lequel le faisceau est bloqué lorsqu’un objet d’une taille physique donnée bloque le faisceau.
Tickertape et Meterstick
Une machine tickertape émet un son très effrayant. Il est doté d’un petit stylet en métal qui fait des bonds de haut en bas à 60 cycles/seconde. Cette fréquence est due à la fréquence du courant électrique alternatif qui alimente l’appareil. Un long morceau de ruban adhésif est attaché à l’objet en mouvement et tiré à travers la machine pendant que l’objet se déplace. Un morceau de papier carbone est placé entre le stylet vibrant et la bande de téléscripteur. Chaque fois que le stylet rebondit, il laisse un point de carbone sur le papier. La distance entre ces points peut être mesurée à l’aide d’un simple bâton de mesure après la réalisation de l’expérience. Le temps entre les points est simplement de 1/60e de seconde. Il est perspicace de noter que plus un objet se déplace rapidement, plus l’espacement entre les points est important.
Les capteurs de mouvement ultrasoniques sont similaires aux pistolets radar utilisés par mes policiers pour mesurer la vitesse des voitures sur l’autoroute. La différence majeure est que ces capteurs utilisent des ondes ultrasoniques. Il s’agit d’ondes sonores dont la hauteur est si élevée qu’elle dépasse la portée de l’ouïe humaine. Le capteur émet les ondes ultrasonores dans un cône focalisé. Lorsque les ondes rebondissent sur le capteur, l’onde sonore est collectée. En raison du décalage Doppler, nous pouvons mesurer avec précision la vitesse de l’objet.
Analyse d’images vidéo : Il y a des années, nous pouvions prendre des photos en utilisant une lumière stroboscopique pour faire des mesures cinématiques. Si vous regardez des photos stroboscopiques, vous pouvez clairement voir comment l’espacement entre les images augmente avec la vitesse.
Aujourd’hui, nous pouvons recueillir des séquences vidéo avec une webcam ou votre téléphone cellulaire. Comme la vidéo est recueillie à 30 images/seconde, nous connaissons l’intervalle de temps dans la photo. Si nous connaissons la relation entre la taille du pixel et la distance, nous pouvons facilement trouver la vélocité. Cela est possible si nous connaissons la taille d’un objet dans la vidéo. On peut aussi placer un mètre dans la vidéo comme échelle de référence. Cependant, il faut faire attention aux effets de la parallaxe sur l’image vidéo. Si un objet est plus éloigné (ou hors angle), il semblera plus petit. Une méthode discrète serait d’utiliser LoggerPro ou VideoPhysics de Vernier Software. Dans ce logiciel, vous cliquez sur la position de l’objet que vous essayez d’analyser pendant chaque image.