TP physique n°5 Détermination de distances à l`échelle humaine

TP physique n°5
Détermination de distances à l’échelle humaine
Objectifs:
Déterminer la distance et la taille de la tour Eiffel.
Etudier un texte sur le mètre, le système international d’unités.
Matériel :
Ordinateur
Règle graduée
Compte-rendu :
Vous devez répondre aux questions qui vous sont posées sur une feuille double.
Vos réponses doivent être claires et concises . Les calculs doivent être notés.
N’oubliez pas de noter les unités.
I. Détermination de la distance entre la lycée Camille See et la tour Eiffel
Aller sur le site www.planetephysique.fr
Cliquez sur 2nde puis travaux pratiques et Mesure d'une distance entre deux lieux parisiens
Vous tombez alors sur un plan parisien
Cliquez sur Login et Distance measure
Après avoir localisé la tour Eiffel et le lycée Camille See cliquez sur ces deux lieux.
1. Déterminer alors la distance D qu’il y a jusqu’à la tour Eiffel.
II. Détermination de la hauteur de la tour Eiffel avec antenne par visée
H
D
Viser le sommet de la tour Eiffel et le deuxième étage. H est la distance entre le deuxième étage et le
sommet.
1. Déterminer la longueur h mesurée sur la règle et la distance d entre l’œil et la règle.
2. Trouver alors la relation (expression littérale) entre H, D, h et d puis exprimer H en fonction de h, D et d.
(Représentez la situation dans le plan de votre feuille et utiliser le théorème de Thalès)
3. En déduire la distance H entre le sommet et le deuxième étage.
4. Sachant que le deuxième étage est à 115 m en déduire la hauteur H’ de la tour Eiffel.
III. Questionnaire sur un texte traitant du mètre et du système international d’unités
loi du 18 Germinal an III (7 avril 1795) :
« Les nouvelles mesures seront distinguées dorénavant par le surnom de républicaines; leur nomenclature
est définitivement adoptée comme il suit:
On appellera:
Mètre, la mesure de longueur égale à la dix-millionième partie de l'arc du méridien terrestre compris entre
le pôle boréal et l'équateur.
Etalon du mètre
Musée des arts et métiers
Are, la mesure de superficie, pour les terrains, égale à un carré de dix mètres de côté. Stère la mesure
destinée particulièrement aux bois de chauffage, et qui sera égale au mètre cube.
Litre, la mesure de capacité, tant pour les liquides que pour les matières sèches, dont la contenance sera
celle du cube de la dixième partie du mètre.
Gramme, le poids absolu d'un volume d'eau pure égal au cube de la centième partie du mètre , et à la
température de la glace fondante.
Enfin, I'unité des monnaies prendra le nom de franc, pour remplacer celui de livre usité
jusqu'aujourd'hui. »
La Onzième Conférence générale des poids et mesures CGPM (1960)
adopte les six unités devant servir de base à l'établissement d'un système pratique de mesure pour les
relations internationales :
longueur
mètre
m
masse
kilogramme
kg
temps
seconde
s
intensité de courant électrique
ampère
A
température thermodynamique
degré Kelvin
°K
intensité lumineuse
candela
cd
décide
Etalon du kilogramme
Musée des arts et métiers
1. le système fondé sur les six unités de base ci-dessus est désigné sous le nom de « Système international
d'unités » ;
2. l'abréviation internationale du nom de ce Système est : SI ;
3. les noms des multiples et sous-multiples des unités sont formés au moyen des préfixes suivants :
Facteur par lequel
l'unité est multipliée
1 000 000 000 000 = 10
Symbole
Préfixe
12
1 000 000 000 = 109
1 000 000 = 10
6
Facteur par lequel
l'unité est multipliée
–1
téra
T
0,1 = 10
giga
G
0,01 = 10–2
Symbole
déci
d
centi
c
milli
m
méga
M
kilo
k
0,000 001 = 10–6
micro
µ
100 = 102
hecto
h
0,000 000
= 10–9
001
nano
n
10 = 101
déca
da
0,000 000
= 10–12
000 001
pico
p
1 000 = 103
0,001 = 10
–3
Préfixe
4. sont employées dans ce Système les unités ci-dessous, sans préjudice d'autres unités qu'on pourrait
ajouter à l'avenir
Unités supplémentaires
angle
radian
rad
Unités dérivées
superficie
mètre carré
m2
volume
mètre cube
m3
fréquence
hertz
Hz
masse volumique (densité)
kilogramme par mètre cube
kg/m3
vitesse
mètre par seconde
m/s
force
newton
N
pression (tension mécanique)
newton par mètre carré
N/m2
travail, énergie, quantité de chaleur
joule
J
N·m
puissance
watt
W
J/s
quantité d'électricité
coulomb
C
A·s
tension électrique, différence de
potentiel, force électromotrice
volt
V
W/A
résistance électrique
ohm
force magnétomotrice
ampère
1/s
kg · m/s2
V/A
A
La définition du mètre fondée sur le prototype international en platine iridié, en vigueur depuis 1889, avait
été remplacée lors de la 11e CGPM (1960) par une définition fondée sur la longueur d'onde d'une radiation
du krypton 86, afin d'améliorer l'exactitude de la réalisation de la définition du mètre.
Cette réalisation était effectuée au moyen d'un interféromètre et d'un microscope mobile en translation
utilisés pour mesurer la variation des trajets optiques par comptage des franges.
La dix-septième Conférence générale des poids et mesures CGPM (1983)
donne la définition actuelle :
Le mètre est la longueur du trajet parcouru dans le vide par la lumière pendant une durée de
1/299 792 458 de seconde.
Il en resulte que la vitesse de la lumière dans le vide est égale à 299 792 458 mètres par seconde
exactement, c0 = 299 792 458 m/s.
Questions
1. Quelle est la définition du mètre après la réunion du 7 avril 1795 ?
2. Déduire de cette définition la longueur en mètre du méridien terrestre compris entre le pôle boréal et
l'équateur.
3 . Quelle est la définition du litre après la réunion du 7 avril 1795 ?
4. D’après cette définition du litre quelle relation existe entre les litres et les dm3 ?
5. Qu’appelle-t-on unité dérivée ?
6. Quelle est la définition actuelle du mètre depuis 1983 ?
7. Quelle est la vitesse de la lumière dans le vide ? Avec combien de chiffres significatifs est-elle connue ?
III. Détermination de la distance de votre table au statif par la méthode de triangulation
1. Principe de la triangulation.
On utilise la méthode de triangulation utilisée par les géomètres. Cette méthode
est basée sur le principe de la propagation rectiligne de la lumière. Elle consiste à repérer
les directions de visée d’un objet de deux points distants d’une longueur D connue. Puis
après utilisation du théorème de Thalès de déduire la distance recherchée.
2. Détermination de la position d’un objet lointain.
protocole expérimental.
L’objet est une éprouvette située sur la paillasse du professeur. Les visées se font
à l’oeil nu et la direction repérée à l’aide de deux épingles fixées sur du polystyrène.
a. préparation du travail.
- positionner une feuille de papier sur le bord de la planche en polystyrène
- placer une épingle sur la feuille.
- aligner le tout par rapport à la table.
b. première visée.
- viser l’éprouvette et planter une deuxième épingle afin d’aligner l’éprouvette et les deux épingles (la
direction de visée est ainsi repérée sur le papier).
c. deuxième visée.
- déplacer la planche de polystyrène sur la table d’une distance connue (D = AB),
et parallèlement au bord de la table.
- on effectue la deuxième visée en utilisant la même principe (planter une
troisième épingle).
Remarques importantes :
- les proportions du dessin ne sont pas respectées par rapport à la
réalité !
- il n’est pas nécessaire de s’efforcer de placer B sur une ligne parallèle
au bord.
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Exploitation (calcul de la distance entre la table et l’éprouvette).
- tracer sur la feuille punaisée le petit triangle (A’E’B) dont les trois côtés parallèles aux directions de visée
et de déplacement du polystyrène dessin).
- Ecrire le théorème de Thalès appliqué à ce dessin.
- Calculer alors les distances AE et BE.
- En déduire la distance moyenne (L) qui vous sépare de l’éprouvette.
IV. Détermination de la hauteur du statif par visée