On va essayer de déterminer la vitesse de rotation du moteur à l’aide du stroboscope. On démarre à f la +
grande pour le strobo, puis on diminue jusqu’à immobilisation (réglage grossier puis fin). On vérifie qu’à
fimmobilisation/2, on a à nouveau immobilité. On fait un autre mesure avec un tachymètre (émetteur et
récepteur laser (l’envoyer sur la partie réfléchissante=pastille))
Nstobo = 1199 flashs/mn =19,98tr/s =N/2π stobo = 3,18 rad/s
1.2.2. Corde de Melde (ondes stationnaires) (Duffait p.245 – Quaranta I p.257)
Le vibreur est alimenté par un GBF (donc de fréquence variable) et un amplificateur.
Principe : une corde est tendue par l’intermédiaire d’une masselotte. On fait vibrer la corde au moyen
d’un excitateur. On fait varier la fréquence de GBF jusqu’à observer un phénomène de résonance
(amplitude maximale des ventres) Rq : si on a un vibreur à fréquence fixe, il faut jouer sur la longueur de la corde
pour obtenir la résonance. On a une impression de mobilité : on voit des fuseaux avec des nœuds et des
ventres : on ne voit plus l’onde la propagation longitudinale de l’onde (on ne voit plus l’onde se propager
de gauche à droite et de droite à gauche).
Mesure : avec le stroboscope, on cherche la fréquence de vibration de la corde. On démarrer toujours
des + hautes fréquences et on diminue ensuite jusqu’à obtenir une corde immobile dans l’espace
(travailler dans l’obscurité). On mesure Nstobo = 2250 flashs/mn = 2250/60 = 37,5 flashs/s = 37,5 Hz
Comparaison avec le calcul et Comparaison avec la fréquence du GBF : fGBF = 37,58 Hz
Transition : On utilise le stroboscope pour l’étude des mouvements périodiques. Pour les mouvements non
périodiques, on utilise une autre technique.
II. Chronophotographie
L’invention de la chronophotographie remonte à la fin du 19ème siècle. Cette technique a été inspirée des
travaux d’un américain (Muybridge – cheval au galop) et mise au point par le français Etienne-Jules
Marey. Il s’agissait à l’époque, d’enregistrer, à intervalles de temps réguliers et sur une même plaque
photographique, des images d’un être en mouvement devant l’objectif de l’appareil photo (principe du
stroboscope : disque tournant muni d’une fenêtre) (chambre noire, personne habillée en blanc).
Cette technique n’est plus utilisée en l’état aujourd’hui dans les sciences : l’appareil photo a laissé la
place au caméscope et au magnétoscope, puis à la webcam et aux logiciels de traitements d’images.
II.1 Principe de l’acquisition d’images
La technologie de l’imagerie impose certaines contraintes :
Un film est composé d’une succession d’images fixes. C’est notre persistance rétinienne qui donne l’illusion
du mouvement. La technologie de la télévision (c’est un peu différent au cinéma : 24 images par seconde)
impose l’acquisition d’une nouvelle image toutes les 40 ms, soit une fréquence de 25 images par seconde.
(attention avec les trames pairs et impaires – si on considère les trames : 1 trame = 20 ms – 50 images par
seconde). Il y a une nouvelle aquisition (une nouvelle image toutes les 40 ms), mais il est possible de régle
la durée d’ouverture du capteur. Quand on a des mouvements rapides, la durée d’ouverture doit être petite
pour éviter le phénomène de trainée (l’objet se déplace pendant le temps d’ouverture). Mais qui dit durée
d’ouverture faible, dit quantité de lumière à entrer dans le capteur faible. Il faut donc ajouter un projecteur.
II.2 Application : étude du mouvement parabolique (ou du rebond)
Le mouvement étudié est un rebond de haut en bas (pas de déplacement sur x : uniquement en y)
Exploitation de l’enregistrement. Attention : ajouter Timage = 40ms
Tracer vx=f(t), vy=f(t) (la pente doit être égale à g) ; étude énergétique : Ec, Ep, Em=cst entre 2 rebonds
Coefficient de restitution : e= = (les h sont obtenues sur la courbe y=f(t). ce sont les différents
maxis. Lors d’un choc parfaitement élastique, e=1 ; pour un choc parfaitement mou : e=0
Rq : on doit avoir la même valeur à chaque rebond car le coeff de restitution dépend de la balle et du sol.
S’ils sont les mêmes et s’ils sont homogènes et isotropes, on aura le même e.
Conclusion
On utilise plutôt la stroboscopie pour étudier les mouvements périodiques, ralentis et temps réel et la
chronophotographie pour tous types de mouvements. D’autres techniques pour l’étude de mouvements
rapides : mobiles autoporteurs, table à digitaliser, banc Magnum (mais plus spécifiques), ensemble
capteurs/carte d’acquisition, oscilloscope. Mais ces techniques sont propres à chaque manip.
Dans la vie courante, on utilise la stroboscopie en laryngologie pour l’observation des la vibration des
cordes vocales et pour observer le mouvement des particules (imagerie par vélocimétrie des particules PIV
= caméra + effet strobo), par exemple pour visualiser les particules lors de l’injection du gasoil dans les
moteurs et en soufflerie pour visualiser les mouvements convectifs de l’air. On utilise également ces
techniques pour visualiser les mouvements au ralenti (vol d’un colibri et effets spéciaux). Les scènes sont
filmées à 1000 images par seconde, mais on ne visionne que 24 images par seconde.
En 1999, le prix nobel de chimie a été attribué à Ahmed H. Zewail (USA - 1946- ) pour ses études des
stades transitoires des réactions chimiques par spectroscopie ultra rapide de l'ordre des femtosecondes.
Utilisation d’une caméra ultra rapide permettant de voir les transitions atomiques.