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des matières    
     OSCILLATEUR
HARMONIQUE VERTICAL: 
 masse suspendue à un ressort 
  
I   Objectifs 
II  Matériel et montage: principe et mise en oeuvre 
III Exploitation de l'enregistrement dans Regressi 
IV  Graphe des paramètres lorsque k est connue  
V   Étude énergétique 
   
Fichier
Word correspondant 
  
  N.B. :
T.P. possible en utilisant le nouveau capteur Micrelec "Dynamomètre" pour
prises DB15. 
  
    
      
        
            | Étudier les oscillations libres verticales d'une
            masse suspendue à un ressort |  
            | Étalonner rapidement le ressort utilisé (détermination de la
            constante de raideur pour les 2 types de ressort: à spires
            jointives, ou non jointives) |  
            | Étudier la périodicité du mouvement, et
            déterminer les paramètres dont elle dépend ou non: masse,
            ressort, amplitude |  
            | Comparer (au moyen de différentes pages du même
            fichier) les effets sur la période de différentes masses, et de
            différents ressorts(1)  |  
            | Faire un changement d'origine vers la position
            d'équilibre |  
            | Calculer élongation angulaire, vitesse et
            accélération; observer leurs déphasages |  
            | Calculer les énergies cinétique et potentielle |  
            | Calculer l'énergie mécanique et vérifier sa
            conservation ou sa non conservation |  
            | Visualiser les transferts d'énergie (entre les
            formes potentielle et cinétique) au cours des oscillations. |  
         
       
     | 
    
      | 
   
 
  
    | 
 Le ressort vertical est suspendu au bras de mesure du capteur,
qui est lui-même fixé de façon rigide sur un support. 
La tension du ressort est à chaque instant proportionnelle (ou bien fonction
affine dans le cas du ressort à spires jointives) à l'élongation: un capteur
de force permet donc de connaître à chaque instant (à un coefficient de
proportionnalité près) cette élongation, et de l'enregistrer. 
         | 
     
          
     | 
   
 
A. Principe: la tension du ressort est l'image de l'élongation 
    
    Le système choisi pour l'inventaire des forces
    appliquées détermine celles-ci: 
    
      
        | 
           SYSTÈME:  | 
        
          Masse seule | 
        
          Ressort seul | 
        
           Bras capteur support  | 
       
      
        | Relations
          entre forces appliquées: | 
        R= -k*x | 
        T'= -T 
          et R= -T 
          (principe actions réciproques) | 
        R'= -T | 
       
      
      
        | Inventaire
          des forces:
      
     
          
         | 
                
    
       
           | 
          | 
          | 
       
     
     D'où en conclusion: 
     R'= -k*x  
    
    C'est-à-dire que la réaction du support (bras du capteur de force) est
    en permanence l'image de l'élongation x de la masse oscillante, à une
    constante de proportionnalité près (k). 
    
  B. Le capteur et sa mise en oeuvre 
  
1. Cas du nouveau capteur (DB15) à reconnaissance auto réf
M12P309
    
    
  
    | 
       (1) ==> 
      BRANCHER LE
      CAPTEUR DB15 SUR N'IMPORTE LAQUELLE DES PRISES G, H (I, J) DISPONIBLES 
     | 
    
         
  | 
    
       => (2)==> 
       LE CAPTEUR
      EST INSTANTANÉMENT RECONNU SUR L'ÉCRAN DU LOGICIEL D'ACQUISITION:
       
 
       
     | 
   
 
    
2. Cas de l'ancien capteur DIN 6 broches 
    
    
      
          | 
        Sur ORPHY
          GTI2, les prises DIN 6 broches repérées A
          à F n'existent plus: il suffit alors de brancher l'adaptateur DIN
          pour GTI2 réf M12G504 pour disposer de ces prises (sur lesquelles se
          branche le module Transel, l'ancien module de pression, etc). | 
       
     
    
  C. Le ressort; étalonnage manuel préalable avec Regressi
  Il s'agit de tracer la courbe d'étalonnage
      du ressort R= f(x), pour en
      déduire sa constante de raideur k
      par une modélisation dans Regressi.
 
  
    
1. Principe 
    
      On mesure l'allongement x= OM du ressort pour différentes valeurs
      de la masse m suspendue à son extrémité: un traitement dans le
      tableur REGRESSI permet ensuite de déduire l'intensité du poids, donc de
      la tension R en fonction de x. 
    2. Saisie dans REGRESSI et calcul de la tension R 
    Les valeurs de m et x sont saisies manuellement dans
    REGRESSI: ouvrir la session avec Fichier/ Nouveau/ clavier. Les
    informations rentrées à ce stade (nom de variable, unité, etc.) dans la
    boite de dialogue pourront être éventuellement modifiées par la suite en
    double-cliquant sur la tête de colonne de chaque variable (onglet
    "Variables" de la fenêtre "Grandeurs"  );
    l'échelle (valeurs min/max) du graphique se modifie avec le bouton  . 
   | 
      | 
   
 
    | Pour positionner côte à côte le tableau et le graphe
    (qui se trace au fur et à mesure), demander "Fenêtre/Mosaïque
    verticale"). On peut constater que pour la plupart des ressorts, qui
    sont à spires jointives, la ligne des points obtenus est bien
    rectiligne, mais ne passe pas par l'origine: il faut une certaine tension R0
    pour obtenir un début d'allongement. |  
    | Pour un traitement plus rapide avec plusieurs ressorts,
    passer au ressort suivant dans le même fichier par la commande
    "Page/Nouvelle". Penser à laisser un commentaire (identification
    de chaque ressort) dans la ligne de saisie correspondante (sous la barre de
    boutons principale). La navigation d'une page à l'autre se fait ensuite par
    les boutons     ,
    ou les raccourcis F7/F8. |  
    | Calcul de la nouvelle variable R: fenêtre
    "Grandeurs"/ onglet "Expressions", saisir d'abord
    la constante g en indiquant sa valeur, mais en respectant bien la
    syntaxe de Regressi; pour la saisie de l'unité, 3 modes sont possibles: |  
  
  g=9.81_N.kg-1 ou g=9.81_Nkg-1
  ou g=9.81_N/kg
   
  pour créer la nouvelle grandeur x, et valider par
  la touche 'F2' (ou double frappe de la touche 'Entrée') ou en
  cliquant-G sur l'icône clignotante   ; le
  logiciel revoie: 
  
  g=9.81_Nkg-1
  -> g=9.81 Nkg-1 
  
  sur la même ligne, et le résultat apparaît alors dans
  l'onglet 'Variables', avec son unité correcte (S.I.)(2). 
  Puis en passant à la ligne (touche "Entrée"
  comme dans un traitement de texte), saisir directement l'expression de
  R:  
  
  R= m*g 
  
  Le logiciel ajoute automatiquement la "bonne"
  unité (N= syst. int.) SI la masse a bien été saisie en kg, et l'unité
  de g indiquée. 
 
3. Exploitation par modélisation 
  
    
      
          | Un clic-D sur la partie gauche du volet de modélisation
          permet de choisir "Copier modélisation" dans le menu
          contextuel: tous les résultats de la modélisation(valeurs, écarts,
          etc.) sont alors envoyés dans le presse-papiers, et il suffit de les
          "coller" dans n'importe quel éditeur de texte pour les
          récupérer. |  
          | Choisir "titre du graphe" pour faire
          afficher automatiquement  |  
       
         | 
    
        
  | 
   
 Procéder de même dans les 2 pages (touches F7-F8 pour
  changer de page, ou touches de navigation     );
  les résultats du calcul des paramètres de pages (valeurs de k et R0) sont
  résumés, avec leur unité, dans l'onglet "Paramètre" de la
  fenêtre "Grandeurs".  
    
    
  charger
  le fichier Regressi 
  
  
    
  D. Le montage pour l'étude des oscillations 
    
      Le ressort est directement suspendu au bras du capteur; on considère ce
      bras comme immobile pendant les oscillations et les variations de la tension
      R du ressort.
  E. Réglages logiciels; acquisitions 
L'écran d'acquisition est paramétré de façon à enregistrer les points
R=f(t):
 
    | sur quelques secondes, de façon à obtenir de une à deux périodes, en
    vue de la détermination des caractéristiques du mouvement (périodicité,
    amplitude, période, élongation) |  
 
    | soit sur une durée beaucoup plus importante, pour disposer d'un grand
    nombre de périodes et observer l'amortissement des oscillations. |  
 
        
   | 
        | 
   
 
  
    Abscisse:  | 
    Voies actives:  | 
    Enregistrement:  | 
    Déclenchement (synchro):  | 
   
  
    |  
     Temps 
    t  | 
    EAx:  | 
    Variable:  | 
    Signe:  | 
    Cal:  | 
    Unité:  | 
    Nombre points:  | 
    Durée:  | 
    
    Manuel 
    (Clavier ou clic sur bouton) 
     
      ou Relaxé  | 
   
  
    EA8  | 
    R  | 
    +  | 
    19.6  | 
    N  | 
    200  | 
    1
      à 3 s  | 
   
 
 
* avec ORPHY-PORTABLE
2, brancher: capsule "FORCE" M11P329. 
Charger l'acquisition
pré réglée: 
Lancer le mouvement en écartant la masse de sa position de
repos, lâcher sans vitesse initiale, bien dans l'axe vertical du bras de
suspension, et lancer aussitôt l'enregistrement (barre d'espace, ou clic-G sur
le bouton "Acquisitions"  ). Les conditions
initiales sont donc: 
    | élongation initiale |  
    | pas de vitesse initiale. |  
 
  F. Transferts vers Regressi; paramètres de page 
1. Première page d'acquisition
    
  
    | 
       On trouve dans l'onglet "Variables": 
      
      
  Ä  t et R 
      
      Dans la fenêtre 'Graphiques'  
      (menu Fenêtre/graphe Variables), clic-D pour choisir 'Coordonnées' dans
      le menu contextuel, ou clic-G sur l'icône  ,
      pour vérifier qu'on a: 
      
    
        | t en abscisses |  
        | R en ordonnées (à gauche). |  
     
        
         | 
      | 
   
 
2. Calcul de l'élongation (dans l'hypothèse où la valeur
de k est connue)  
On a ainsi la représentation graphique de  R= f(t).
L'amortissement se distingue nettement dès qu'on a plus d'une oscillation,
ainsi que la pseudo périodicité. 
  
      | 
    
 Revenir dans la fenêtre 'Grandeurs'  ,
onglet 'Expressions', et saisir directement dans une nouvelle ligne (touche
'Entrée pour revenir à la ligne, comme dans un traitement de texte) de ce
'mémo': 
   x= R/k
ou bien: x= (R-R0)/k  
pour créer la nouvelle grandeur x, et valider par la
touche 'F2' (ou double frappe de la touche 'Entrée') ou en cliquant-G
sur l'icône clignotante   ; le résultat
apparaît alors dans l'onglet 'Variables', avec son unité correcte (S.I.)(3). 
     | 
   
 
On observe déjà dans les valeurs numériques de ce tableau
que la correspondance avec t n'est pas du tout linéaire. 
3. Pages suivantes (acquisitions transférées dans le même
fichier) 
  
Pour réaliser ensuite une première étude qualitative, on
peut par exemple: 
    | Réaliser une 2è acquisition en conservant la valeur de m et en
    changeant celle de k |  
    | Réaliser une 3è acquisition en conservant la valeur de k et en
    changeant celle de m  |  
 
Procéder comme précédemment §II.E.), mais lors de
l'ouverture de la boîte de renseignements sur le transfert des données vers
Regressi, bien cocher "Nouvelle page", et renseigner la
nouvelle valeur de l'angle. Dans Regressi, sauver au passage la nouvelle
acquisition, et recommencer de même pour la 3è. Par comparaison avec la 1è
page, on verra ainsi séparément sur les résultats l'influence:  
    | De m seule |  
    | De k seule. |  
 
Dans la fenêtre 'Graphiques'  
(menu Fenêtre/graphe Variables), clic-D pour choisir 'Coordonnées' dans le
menu contextuel, ou clic-G sur l'icône  , pour
choisir x en ordonnée. On a alors la représentation de x= f(t).  
A. Déterminations rapides de la période; amortissement
  
    
      1. Amortissement 
    
      Il apparaît clairement sur la graphique
      en comparant l'amplitude de chaque oscillation, ou dans le tableau des
      valeurs à chaque extremum. 
     
    
    2. Période
    
    
    
        | Le 'curseur données', à condition d'y cocher 'écart' et 'abscisse'
        indique alors en bas de la fenêtre graphique l'écart d
        t entre deux curseurs liés aux points expérimentaux, et
        qu'on peut déplacer par cliquer-glisser du pointeur: c'est le moyen le
        plus rapide de mesurer l'écart entre 2 points homologues d'une courbe x(t)
        et pouvoir annoter les flèches de cotation. |  
     
   | 
      | 
   
 
  
charger
le fichier Regressi 
  
      | 
    
       On obtient ici: 
      3*d t= 1.73 s  
      d'où d t= 1.73/ 3 » 0.58 s. 
      
      
        
          
            
                | Un clic-D sur le graphique permet aussi de choisir dans le menu
          contextuel "caractéristiques de x(t)", et d'obtenir
          automatiquement la valeur de la période: l'indication est cohérente. |  
             
           | 
            | 
         
       
      
 
   | 
   
 
    | Dans le tableau des valeurs des variables, un examen des abscisses de
    chaque maximum permet aussi d'en déduire la période. |  
 
  
    | 
       On procède de même dans chaque page d'acquisition,
      pour avoir des valeurs différentes de la période en fonction des
      paramètres m, ou k: les résultats sont stockés dans
      l'onglet "Paramètres". 
      
         | 
      | 
   
 
B. Comparaisons qualitative et quantitative de
la période entre les 3 pages d'acquisition (à m ou k égale)
1. Comparaison qualitative
  
On constate pour la période Tmesurée que: 
    | Elle croît avec m |  
    | Elle décroît avec k. |  
 
  
    Ces résultats sont cohérents avec la formule théorique: 
     . 
   
 
2. Comparaison
quantitative  
  
    Par comparaison des 3 pages d'acquisition précédentes,
    on obtient les résultats suivants: 
   
 
    | Pour l'influence de  m: |  
 
  
    |   | 
    
       m  | 
    
       T  | 
    
       m1/m2  | 
    
        
  | 
    
       T1/T2  | 
   
  
    | 
       Page 1  | 
    
       400 g  | 
    
       0.58 s  | 
    
       4  | 
    
        =2
  | 
    
       2  | 
   
  
    | 
       Page 2  | 
    
       100 g  | 
    
       0.30 s  | 
   
 
  
    Ce qui vérifie:   
   
 
    | Pour l'influence de  k: |  
 
  
    |   | 
    
       k  | 
    
       T  | 
    
       k1/k3  | 
    
        
  | 
    
       T3/T1  | 
   
  
    | 
       Page 1  | 
    
       50  | 
    
       0.58 s  | 
    
       3.1  | 
    
        =1.8
  | 
    
       1.86  | 
   
  
    | 
       Page 3  | 
    
       16  | 
    
       1.08 s  | 
   
 
  
    Ce qui vérifie:   
   
  On constate dans tous les cas que la formule théorique du
  pendule élastique   est cohérente avec
  ces résultats expérimentaux: elle est vérifiée avec une très bonne
  précision (de l'ordre de 3%). 
 
C. Élongation, vitesse et accélération:
calculs et prolongements
1. Changement d'origine pour les abscisses
  
      | 
    
 La position d'équilibre le la masse oscillante est en fait
le centre de symétrie des oscillations (donc moyenne des valeurs de x
pour la calculer facilement): il est judicieux de la choisir comme nouvelle
origine, pour simplifier certaines formules de l'étude, en particulier celles
concernant l'élongation (modélisation au §D.) ou l'énergie mécanique. 
      Les nouvelles variables (au sens de Regressi, en réalité
elles-mêmes fonctions d'autres variables) se créent dans la fenêtre
"Grandeurs"  , onglet
"Expressions", à la suite des commentaires(4) importés de
l'acquisition. Dans   | 
   
 
X= x-moy(x)
   
et valider par la touche 'F2' (ou double frappe de la
touche 'Entrée') ou en cliquant-G sur l'icône clignotante   ;
le résultat apparaît alors dans l'onglet 'Variables', avec son unité correcte
(S.I.). 
Dans la fenêtre "Graphiques", cliquer-G sur
l'icône   , et remplacer x(t) par X(t)
pour l'ordonnée de la 1è courbe: le nouveau graphe est centré sur l'axe des
temps. 
 
2. Calculs de v et a
  
  
    
    | 
       Préalable: le calcul de la dérivée seconde (a)
      par voie logicielle introduit une incertitude trop grande ici s'il est
      fait sur un trop petit nombre de points: il faut donc choisir un plus
      grand nombre de points: aller pour cela dans les Options de
      REGRESSI, onglet "Calcul", et régler le "Nombre
      de points utilisés pour le calcul de la dérivée" au moins à 9! 
      Continuer dans la fenêtre "Grandeurs"  ,
      onglet "Expressions":  | 
      | 
    
   
 
    | Pour la vitesse: |  
 
  
    
    v=diff(X, t)
  
      
     
   
    | L'accélération s'obtient par nouvelle dérivation: |  
 
  
    
    a=diff(v, t)
    
      
   
 
    | Dans la fenêtre "Graphiques", ajouter le graphe des variations
    de v(t): cliquer-G sur l'icône    ,
    et ajouter à x(t) une 2è courbe (ordonnée v, à droite),
    puis valider. On peut alors observer le déphasage (quadrature avance).
 |   
3. Étude des déphasages de v(t) et a(t) par
rapport à x(t)
Visualiser simultanément le déphasage de v(t) et
a(t) par rapport à X(t) nécessite de recourir à l'affichage
côte à côte de deux graphiques: dans la fenêtre 'Graphiques'  ,
cliquer-G sur l'icône 'Deux graphes'   (qui reste
enfoncée tant que ce mode est actif), ou cliquer-D pour choisir dans le menu
contextuel 'deuxième graphe', qui se trouve alors coché jusqu'à nouvel ordre. 
    | Passer à la demi fenêtre de droite (clic-G sur le graphe de
    droite pour le rendre actif(6)): demander x en ordonnée à
    gauche, ajouter une 2è courbe en choisissant a à droite |  
    | NB: l'action de copie de graphe (icône   ou
    clic-D sur fenêtre Graphique pour choisir 'copier graphe vers
    presse-papier') n'envoie dans le presse-papier que le seul graphe actif
    (celui qui est surmonté par le trait horizontal) |  
 
  
charger
le fichier Regressi 
  On constate les déphasages: la vitesse
  est en quadrature avance sur l'abscisse,
  et l'accélération en opposition de
  phase. 
 
    | Le curseur "Texte" permet de légender chaque graphique; ce qui
    nécessite préalablement de "faire de la place" en haut en
    diminuant la hauteur des courbes: faire un zoom en forçant manuellement
    l'échelle verticale à partir du bouton   ;
    dans la boîte de dialogue qui s'ouvre, choisir pour X, v (et a)
    un maximum augmenté d'environ 20%. Procéder de même dans le 2è
    graphique. |  
 
 4. Proportionnalité de x à a: calcul de la
pulsation w 
On peut vérifier ici la propriété fondamentale de
l'oscillateur harmonique donnée par son équation différentielle (a=- w²*X),
par exemple en calculant le rapport a/X. Revenir dans la fenêtre
'Grandeurs'  , onglet 'Expressions', et saisir
directement dans une nouvelle ligne (touche 'Entrée pour revenir à la ligne,
comme dans un traitement de texte) de ce 'mémo':
Coeff = -a/X (7) 
pour créer la nouvelle grandeur coeff, et valider par
la touche 'F2' (ou double frappe de la touche 'Entrée') ou en cliquant-G
sur l'icône clignotante   ; la nouvelle variable
apparaît alors dans l'onglet 'Variables'. On arrive à une 1è détermination  w1
de w en
utilisant la fonction statistique "moyenne"(5b),
mais appliquée à la valeur absolue du rapport (-a/X) car celui-ci
présente des valeurs négatives(8):
  
    | 
       w 1=moy(sqrt(abs(coeff)))
      
      Le résultat apparaît dans l'onglet
      "Paramètres". Ici, on trouve: 
      
      w1 = 10.8 s-1
      
      (unité traduite en Hz par Regressi). 
      Ce résultat peut être confronté aux déterminations
      ultérieures de  w,
      ainsi qu'à la valeur la période, et à celles de m et k.
      On trouve ainsi: | 
      | 
   
 
  
    | 
        
  | 
    
       w 1 | 
   
  
    | 
       11.2  | 
    
       10.8  | 
   
  
    | 
       22.4  | 
    
       27.8  | 
   
  
    | 
       6.4  | 
    
       6.2  | 
   
 
ce qui représente une incertitude relative d'environ 4% dans
les 2 meilleurs cas. 
5. Évaluation de la pulsation  w par modélisation de w=f(X)
  
On peut modéliser directement la courbe a(x) par l'équation
a= -w²*X. Pour
cela, fenêtre "Graphiques": cliquer-G sur l'icône  ,
et choisir: 
Dans la fenêtre 'Graphiques', clic-D pour choisir
'Modélisation' dans le menu contextuel, ou clic-G sur l'icône
correspondante   (ou touche F9) pour saisir le
modèle: 
a= - w2*w2*X 
et cliquer-G sur le bouton "ajuster". On obtient
ainsi une nouvelle détermination  w2
du paramètre pulsation w
(à comparer à w1):
par exemple ici 10,6 au lieu de 10,8.
D. Modélisation de x(t) ou R(t); amortissement
  
Revenir à un seul graphique, représentant par exemple
x(t)
et v(t). Retirer la 2è courbe (v(t)) 
    | S'assurer préalablement que l'unité d'angles active est
    bien le radian: fenêtre "Grandeurs"  ,
    onglet "Expressions" (bouton  
    visible). |  
    | Dans la fenêtre 'Graphiques'  ,
    clic-D pour choisir 'Modélisation' dans le menu contextuel, ou clic-G sur
    l'icône correspondante   
    (ou
    touche F9): un volet supplémentaire s'ouvre alors dans la partie
    gauche de la fenêtre graphique. Saisir dans la zone "Expression du
    modèle" le type de fonction choisi sous la forme (ici fonction
    sinusoïdale amortie):
   |   
  
  X(t)=Xm*sin(2*p*t/Tmod+f)*exp(-t/t) 
   
et pour tracer automatiquement les enveloppes
supérieures et inférieures: 
 
X(t):=Xm*exp(-t/t) 
X(t):=-Xm*exp(-t/t) 
  ce qui demande au logiciel de chercher pour quelles valeurs
  de Xm, Tmod, f et t
  la courbe théorique colle au plus près aux points expérimentaux. On peut
  utiliser en place de saisie manuelle des modèles
  prédéfinis/ oscillations amorties (accès par clic-G sur icône
  correspondante(9)   : dans ce cas, la modélisation
  porte uniquement sur la première variable située sur l'axe de gauche 
   
  
  
    | Demander au logiciel d'ajuster (clic-G sur le bouton
    "ajuster"  ) le modèle à la courbe
    expérimentale en calculant la valeur des paramètres figurant dans
    l'équation du modèle: Regressi passe automatiquement en mode graphique
    'points' (au lieu de lissage entre les points), ajuste la courbe modèle aux
    points expérimentaux, et ajoute dans l'onglet 'Paramètres' de la fenêtre
    'Grandeurs' une colonne par paramètre en y indiquant la valeur calculée
    par la modélisation (valeurs des paramètres qui figurent aussi dans la
    fenêtre graphique) |  
 
  
    
      
          | Un clic-D sur la partie gauche du volet de
          modélisation permet de choisir "Copier modélisation"
          dans le menu contextuel: tous les résultats de la
          modélisation(valeurs, écarts, etc.) sont alors envoyés dans le
          presse-papiers, et il suffit de les "coller" dans n'importe
          quel éditeur de texte pour les récupérer. |  
      
        | Dans certains cas, la recherche faite par le programme avec le
          modèle sinusoïdal diverge: il est alors nécessaire d'initialiser la
          valeur des paramètres à la main: rentrer au clavier, dans la case de
          saisie correspondante, une valeur de Tmod proche de
          l'ordre de grandeur de celle qui a été retenue dans le
          paragraphe précédent, et demander l'ajustage des autres
          paramètres |  
     
   | 
      | 
   
 
  
charger
le fichier Regressi 
On peut aussi placer le curseur dans la case où figure la valeur des autres
paramètres, et en modifier la valeur par clic-G sur les flèches de
défilement   1/3  
situées à côté (NB: changement de signe uniquement par clic sur le
bouton   ), jusqu'à ce que la courbe modèle
s'ajuste aux points expérimentaux (il faut pour cela que le bouton 'Tracé
auto   soit enfoncé). Cette méthode sera
indispensable si la valeur obtenue pour l'amplitude s'avère négative(10),
et si celle obtenue pour f sort de
l'intervalle {-p , +p
}: les résultats de la modélisation doivent alors être ajustés de façon à
obtenir la détermination principale de j , et
aussi de façon à ce que fréquence et amplitude soient positives (forme
canonique)! 
  NB: ces valeurs de f ne
  représentent pas les déphasages des grandeurs entre elles, mais les
  "phases à l'origine"! 
 
Un clic sur le bouton   permet de
faire afficher sur le graphique l'équation des modèles (choisir "Options/ Titre
du graphe" dans les versions récentes de Regressi). 
Ces déterminations nouvelles de la période fournissent,
moyennant calcul (d'après   puisqu'on
connaît la masse m, une nouvelle détermination de
la constante de raideur k du ressort: 
  
  
    
     
     
  
Principe de cette étude:  
avec un même ressort (donc k constant), on enregistre R(t) avec une
masse m différente dans chaque page d'un même fichier. La modélisation
donne un ensemble de valeurs de T associées aux valeurs de m
(paramètres). Le "graphe des paramètres" est la page(11) qui représente
et permet d'étudier par exemple T en fonction de m, ce qui
permettra par exemple de retrouver; par modélisation dans cette page de la
relation T= f(m), la valeur de k. 
A. Acquisition des nouvelles pages avec le MÊME ressort dans
un MÊME fichier
1. Acquisitions transférées dans le même fichier 
  
    
    
      
          | Réaliser la 1è acquisition comme précédemment (§II.E.),
          sans indiquer la valeur de k si elle connue, lors du transfert |  
       
      
          | Lors de la 2è acquisition (= la 2è valeur de m),
          bien cocher "nouvelle page" lors du transfert, et préciser
          la valeur de masse m utilisée |  
          | Une fois dans le tableur REGRESSI, sauver, et
          basculer à nouveau dans le logiciel d'acquisition par la combinaison
          "Alt+Tab", ou par le bouton   (ou
          par les boutons de la barre des tâches) |  
          | 
    
    Changer la masse et procéder à une nouvelle acquisition après avoir
    ajusté la durée d'acquisition |  
       
     | 
      | 
    
   
 
    |  
    
    Transférer toujours dans une NOUVELLE PAGE du même fichier (en saisissant
    au passage dans la boite de dialogue du transfert la nouvelle valeur de la
    masse) |  
    
    | Et ainsi de suite, pour constituer autant de pages que de valeurs
      possibles de m. |  
 
2. Regroupement éventuel dans un fichier UNIQUE
d'acquisitions déjà transférées dans plusieurs fichiers
    | Ouvrir un des fichiers |  
 
    | La commande "Fichier/ Fusionner"(12) permet de
    choisir le fichier qui sera rajouté dans le fichier ouvert sous forme d'une
    nouvelle page |  
  
    | Procéder ainsi jusqu'à obtenir le nombre de pages
    souhaitées |  
    | Sauver le nouveau fichier ainsi obtenu sous un nouveau nom |  
 
NB: les fichiers ainsi réunis doivent
obligatoirement avoir la même structure (noms de variables, ordre dans
le tableau, etc.) 
B. Modélisation de R(t) ou x(t)
dans chaque page
Il suffit en faisant défiler les pages successives (clic sur
flèche de défilement    1/3   
sous la barre de menus, ou menu "Pages/Suivante, ou raccourci F8) de
cliquer à chaque fois sur le bouton "Ajuster"   puisque
le modèle est toujours le même. Les résultats successifs sont stockés au fur
et à mesure dans l'onglet "Paramètres" de la fenêtre
'Grandeurs'  . 
 Faire afficher l'équation du modèle avec  
(choisir "Options/ Titre du graphe" dans les versions
récentes de Regressi). 
C. Graphe des paramètres T= f(m), et
modélisation dans cette nouvelle représentation 
    | Vérifier dans l'onglet "Paramètres" de la fenêtre
  "Grandeurs" la présence des colonnes de valeurs en regard pour la
  période Tmod et la masse m. |  
 
    | Ouvrir la fenêtre 'Graphe des paramètres' soit par clic-G sur son icône
      située sous la barre de menus générale (juste à
    droite de l'icône 'Statistiques'), soit par le menu 'Fenêtres' |  
 
    | Cliquer sur le bouton "Choix des pages"  
    de cette page et sélectionner les seules pages se référant à une
    même constante de raideur parmi toutes les pages d'acquisition: ce sont
    alors les seules pages prises en compte par le logiciel pour les valeurs des
    paramètres, càd pour les points (m, Tmod) pris en compte
    pour calculer ce nouveau modèle. |  
 
  
charger
le fichier Regressi 
La valeur obtenue pour k concorde avec celle
déterminée par étalonnage. Cliquer sur l'icône   
pour titrer le graphique avec l'équation du modèle. 
On suppose ici que les étude précédentes ont permis
d'obtenir les valeurs de la vitesse et de l'accélération. 
A. Calcul de différentes formes d'énergie
On possède donc tous les éléments pour calculer et
représenter les variations d'énergie mécanique du système. Dans la fenêtre
"Grandeurs", onglet "Expressions", saisir sur une nouvelle
ligne (saut de ligne par touche "Entrée") du "mémo" les
paramètres de page(13), avec leurs unités (sauf si elles figurent déjà
dans l'onglet "Paramètres" de la fenêtre "Grandeurs"  
à la suite des calculs de modélisation): 
  
  m=0.4_kg 
  k=47_N/m 
  
 
Après mise à jour, le logiciel renvoie: 
 m=0.4_kg
-> m=400 g 
 k=47_N/m
-> k=47
N/m 
(couleurs au choix dans les "Options générales"). Ces valeurs
peuvent donc ensuite être utilisées pour les calculs de nouvelles variables. 
  
    
      
        
          
            
              
                
                 
               
             
           
         
       
     
   
 
  
    
    
      1. Énergie cinétique
    
       
    (celle de la masse) 
     Ec= ½ *m*sqr(v) 
    
    Après validation, la variable
    correspondante apparaît dans une nouvelle colonne de l'onglet
    "Variables". 
    
    
    2. Énergie potentielle
    
     
    (celle du ressort) 
     Ep= ½*k*sqr(X) 
    
    et valider (F2). 
    
    
    3. Énergie mécanique
    
    
    
      | Rentrer alors:               
      Em= Ep + Ec |  
     
    
    
      pour créer l'énergie mécanique 
     
    
        | Observer dans le tableau des variables les variations
        éventuelles de l'énergie mécanique (cas de frottements parasites dans
        le banc) ou sa constance. |  
     
     | 
    
     
         | 
    
   
 
B. Visualisation graphique des échanges d'énergie
 
1. Représentation temporelle
  
  
      | 
    
       Passer dans la Fenêtre "Graphiques" et
      demander dans la boîte "Coordonnées", ou  ,
      l'affichage en fonction du temps des 3 courbes Ep ,
      Ec, et Em à
      gauche, en plaçant éventuellement X ou v sur l'axe de droite.
      On voit alors très bien l'effet de "vase communiquant" de
      l'énergie entre ses formes potentielle et cinétique, au cours du
      mouvement. L'énergie mécanique décroît régulièrement à cause de
      l'amortissement: l'énergie dissipée par les frottements n'et pas du tout
      négligeable par rapport à l'ordre de grandeur de l'énergie totale sur
      quelques périodes. 
       | 
   
 
On peut restreindre éventuellement l'intervalle de temps
affiché (zoom) à partir du bouton   d'échelle
manuelle: fixer alors la valeur maximum du temps (par exemple 1.0 ms: voir
dernier graphique). 
Pour légender les courbes, on peut utiliser: 
    | soit le bouton automatique d'identification des courbes  
    (déplacer ensuite les légendes(14) par cliquer-glisser) |  
    | Soit le "Curseur texte": cliquer à l'endroit voulu. |  
 
  
charger
le fichier Regressi 
2. Représentation spatiale: puits de potentiel
  | Supprimer l'affichage de X à droite, et demander l'affichage en
  fonction de X des 3 courbes Ep, Ec, et Em
  à gauche; on observe alors très bien le puits de potentiel de
  l'oscillateur harmonique, ainsi que le va-et-vient entre les formes cinétique
  et potentielle de l'énergie. La dissipation progressive d'énergie du
  système est davantage visible dans le décalage progressif de la courbe  Ec(X) |  
  | on peut se limiter à une seule période, par exemple la première, en
  supprimant toutes les lignes suivantes du tableau des variables: sélectionner
  toutes les lignes à supprimer en les mettant en sur brillance par un
  cliquer-glisser (ou plus rapide: en cliquant à chaque extrémité de
  la partie à supprimer et en maintenant enfoncée la touche
  "majuscule"), puis appuyer sur  .
 |   
  On peut obtenir la représentation côte à côte des 2
  graphiques en utilisant préalablement le bouton  . 
 
Cliquer ici pour ouvrir
la documentation complète de Regressi 
retour
sommaire chapitre en cours 
  
(1)  Ce
que ne permet pas l'oscillateur harmonique horizontal de Magnum, puisque son
mobile et le jeu de ressorts sont uniques. 
(2)  Du
moins si celle de k a été rentrée préalablement… Mais il n'est jamais trop
tard… 
(3) 
Du moins si celle de k a été rentrée préalablement… Mais il n'est jamais
trop tard…
 
(4) Les lignes de
commentaires sont celles qui débutent par le signe '
 (5)  Consulter l'aide
sur la syntaxe par l'icône    
(5b)  Consulter l'aide
sur la syntaxe par l'icône     
(6)
Une ligne colorée horizontale marque le haut de la fenêtre de celui des 2
graphes qui est actif.  
(7)
U
(8) 
dues à l'incertitude logicielle dans le calcul de la dérivée
seconde deX
(9)
Accessible seulement si ce choix a été coché dans l'onglet 'Modélisation'
du menu 'Options'.
(10) 
Une solution correcte mathématiquement ne convient pas toujours physiquement!
(11)
Dans cette page particulière, les variables sont en fait les
paramètres des autres pages!
(12) 
Et non pas la commande "Pages/ Grouper" qui a pour effet
de réunir dans une seule page les différentes pages d'un même fichier…! 
(13)  Pour les paramètres
indépendants des pages, taper quelque chose du type g=9.81 ou m=0.400_g permet
d'avoir des formules littérales dans la suite. 
(14)  modifiables: pour les
éditer, double-cliquer sur la légende 
 |