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Mouvement périodique et stroboscope

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Maya


Admin

1. But

Le stroboscope est un dispositif qui émet des éclairs lumineux à intervalles réguliers. La durée entre deux éclairs est appelée période T [s]. On appelle fréquence f [Hz] ou [s ˉ¹] le nombre d’éclairs pas seconde.
Nous proposons ici de vérifier la relation qui uni ces deux grandeurs physiques.

2. Expérience et matériel utilisé

Notre expérience consistera à utiliser un stroboscope pour mesurer le régime d’un petit moteur électrique. La fréquence de rotation du moteur, son régime, c’est son nombre de tours par seconde. Un repère sera fixé sur l’axe de rotation du moteur.

Schéma de l’expérience :
Mouvement périodique et stroboscope Shama010

Expérience 1 :
Nous allons commencer pas régler la fréquence du stroboscope à la même fréquence que le moteur, c’est-à-dire que le moteur fait un tour par éclair.
Si le moteur fait deux tours, en doublant la fréquence du stroboscope, le repère ne bougera pas : Mouvement périodique et stroboscope 1tait11
Si le moteur fait un tour, en doublant la fréquence, il y aura deux traits Mouvement périodique et stroboscope 2_trai10et c’est cette fréquence que nous recherchons. Nous l’appellerons F0.
Expérience 2 :
Après avoir réglé les fréquences du stroboscope et du moteur, nous allons projeter les éclairs du stroboscope sur le moteur puis doubler, tripler et quadrupler la fréquence du stroboscope puis la diviser par 2, 3 et 4.

Expérience 3 :

Dans une deuxième partie, nous allons à nouveau régler le stroboscope à la fréquence F0 et l’augmenter peu à peu et ensuite la diminuer très lentement et observer les changements.

3. Résultats

Expérience 1 :
Comme expliqué dans la description de l’expérience ci-dessus, nous avons vérifié que la fréquence du stroboscope était égale à celle du moteur.
Nous avons trouvé F0 = 32.5 Hz.

Expérience 2 :

Fstrobo Nombre de traits sur le moteurSchéma Remarques
F0 = 32.5 Hz 1 Mouvement périodique et stroboscope 1tait11Le trait est flashé 1x par tour.
2 x F0 = 65 Hz 2 Mouvement périodique et stroboscope 2_trai10 Le trait est flashé 2x par tour.
3 x F0 = 97.5 Hz 3 Mouvement périodique et stroboscope 3_trai10 Le trait est flashé 3x par tour.
4 x F0 = 130 Hz 4 Mouvement périodique et stroboscope 4trait10 Le trait est flashé 4x par tour.
F0 / 2=16.25 Hz1 Mouvement périodique et stroboscope 1tait11Le trait fait 1 tour dans le noir que l’on ne voit pas. Il est flashé une fois sur 2.
F0 / 3 = 10.8 Hz1 Mouvement périodique et stroboscope 1tait11 Le trait fait 2 tours dans le noir que l’on ne voit pas. Il est flashé une fois sur 3.
F0 / 4 = 8.125 Hz 1Mouvement périodique et stroboscope 1tait11 Le trait fait 3 tours dans le noir que l’on ne voit pas. Il est flashé une fois sur 4.

(Remarque : pour ces résultats, les repères sont fixes.)

Expérience 3 :
Fstrobo Schéma Remarques
F0 - Σ Mouvement périodique et stroboscope Gauche10 Le repère est flashé après avoir fait un tour est un peu plus, ce qui donne l’impression que le repère tourne dans le sens horaire.
F0 + Σ Mouvement périodique et stroboscope Versla10 Le repère est flashé avant qu’il n’ait fait un tour, ce qui donne l’impression que le repère tourne dans le sens antihoraire.
Σ = un peu, un chouïa, un chouya, un chouia

(Remarque : pour ces deux résultats, le repère se déplace.)

4. Discussion et analyse des résultats

Les résultats obtenus lors de nos expériences correspondent à peu près à ce que nous voulions démontrer. Cependant la marge d’erreur vient du fait que le stroboscope n’est jamais tout à fait à la même fréquence que le moteur. Donc les repères observés sur le moteur ne sont jamais exactement fixes.

5. Conclusion

Ces expériences nous ont permis de démontrer que lorsqu’un stroboscope réglé à la même fréquence qu un moteur émet des éclairs lumineux sur ce dernier, le repère placé sur l’axe de rotation du moteur n’apparaît qu’une fois, il est flashé une fois par tour. De même que si nous doublons la fréquence du moteur, le repère apparaît 2 fois et ainsi de suite.
L’effet stroboscopique est très intéressant à analyser. Il nous permet de comprendre pourquoi, dans les films, nous avons l’impression de voir les roues des véhicules tourner lentement, s’arrêter ou même tourner dans le mauvais sens. Dans l’expérience 3, nous montrons que si la fréquence du stroboscope est légèrement supérieure à celle du moteur, le repère est flashé un peu avant d’avoir fait un tour. Ce qui nous donne l’impression que le repère tourne à l’envers. Si au contraire Fstrobo < Fmoteur, le repère tourne dans le sens horaire.
L’expérience aurait été plus claire si nous avions pu régler la fréquence du stroboscope par rapport à celle du moteur plus précisément mais, dans l’ensemble, cela n’a pas gêné les résultats.

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