Introduction à La Démarche Scientifique

1. Introduction à La Démarche Scientifique Composition du module 8 heures de Cours / TD 4 séances de Travaux Pratiques de 3 heures Sommaire du cours/td Sciences et Méthodes Outils Métrologie Exploitation Travaux Pratiques (Les rapports sont à rendre au début de la séance suivante) Pendule simple Calorimétrie Lois de Kirchhoff Oscilloscope Remerciements: Olivier Durand-Drouhin, René Moreau, Robert Bouzerar, Annick Razet. La Démarche Scientifique

2. Un précurseur et des philosophes Claude Bernard, 1813–1878 « Quand le fait que l’on rencontre ne s’accorde pas avec une théorie régnante, il faut accepter le fait et abandonner la théorie. » Popper, 1902-1994 « Une théorie qui n'est réfutable par aucun événement qui se puisse concevoir est dépourvue de caractère scientifique. » http://sergecar.perso.neuf.fr/cours/theorie1.htm La Démarche Scientifique

3. Sciences et Méthodes Science = Connaissances empiriques, théoriques et pratiques de la Nature rassemblées selon des méthodes scientifiques • Sciences naturelles • Physique • Chimie • Géologie • Astronomie • Biologie, médecine, et génétique • Ecologie • Sciencessociales • Science politique • Linguistique • Economie • Psychologie • Sociologie • Anthropologie La Démarche Scientifique

4. Sciences et Méthodes Méthode Scientifique = Observation Hypothèse Expérience Publication Domaines  en relation : • le domaine «réel»  • le domaine théorique = outils intellectuels = théories, concepts etc. ; • le domaine technique = les dispositifs expérimentaux, appareils de mesures etc. La Démarche Scientifique

5. Sciences et Méthodes • Le biais de confirmation d'hypothèse est la tendance d'une personne à chercher, ou à interpréter une information de manière qu'elle confirme les préconceptions de cette personne. • Une hypothèse scientifique est une hypothèse réfutable. • Une expérience doit être conçue de manière à tester l’ hypothèse, à la mettre en défaut. * Exemple:  L’expérience de Wason (1960) : Emettre une hypothèse sur la règle suivie par la suite 2 4 6 et la soumettre à l’expérience * Exemple: « Les plantes ont besoin de lumière pour croître » * Exemple: « Les cygnes sont blancs » La Démarche Scientifique

6. Sciences et MéthodesExemple: « Millikan » La Démarche Scientifique

7. Sciences et MéthodesExemple de biais de confirmation d'hypothèse : l’expérience de Millikan La Démarche Scientifique

8. Outilsconventions en électrocinétique E R i i A B A B U= VA – VB = Ri U= VA – VB = E E i R i A B A B U= VA – VB = - E U= VA – VB = - Ri La Démarche Scientifique

9. OutilsLois de Kirchhoff • Loi des nœuds La somme des courants entrant au nœud d’un réseau est égale à la somme des courants sortant de ce nœud. • Loi des mailles La somme algébrique des tensions aux bornes des différentes branches d'une maille est égale à zéro. La Démarche Scientifique

10. OutilsDiviseur de tension I U - I.Ri - I.Rc = 0  I = U / (Ri + Rc) Uc = I.Rc = U. Rc / (Ri + Rc) La Démarche Scientifique

11. OutilsMesure tensions continues Ru >> Rc Uc’ = Uc Typiquement Ru = 107 La Démarche Scientifique

12. OutilsMesure courants continus RI << Rc ou RI << Ri Ic’ = Ic Typiquement RI = 10  La Démarche Scientifique

13. Outils Mesure puissance continue « petites résistances » Rc RI Courte Dérivation « grandes résistances » Rc  Ru  Longue Dérivation La Démarche Scientifique

14. OutilsMoyenne d’une fonction La Démarche Scientifique

15. OutilsMesure de courants variables La Démarche Scientifique

16. OutilsGénérateurde tensionalternative La Démarche Scientifique

17. OutilsGénérateurde tensionalternative La Démarche Scientifique

18. OutilsOscilloscope La Démarche Scientifique

19. OutilsOscilloscope Exemple: U(t) = <U> + A sin(2  f t)  = 2  f = 2  / T U(t) = 1 + 0.75 sin(2  10 t) • 2 modes d’entrée: • DC = Direct Current • Le signal n’est pas filtré • AC = Alternative Current • Filtrage passe-haut La Démarche Scientifique

20. OutilsPied à coulisse La Démarche Scientifique

21. OutilsVernier 756.00 ±0.05 756.50 ±0.05 756.80 ±0.05 La Démarche Scientifique

22. OutilsVis micrométrique 33 + 0.250 = 33.250 ± 0.005 mm La Démarche Scientifique

23. OutilsVis micrométrique La Démarche Scientifique

24. OutilsSources lumineuses Emission lumineuse La Démarche Scientifique

25. OutilsSources lumineuses Lampe à incandescence Laser « Néon » gaz ionisé La Démarche Scientifique

26. OutilsLentilles (minces, convergentes) La Démarche Scientifique

27. OutilsLentilles(minces, convergentes) La Démarche Scientifique

28. OutilsCalorimétrie La calorimétrie est l’ensemble des techniques permettant de mesurer des quantités de chaleur. Un calorimètre est un récipient isolant thermiquement son intérieur de l’extérieur. Pour amener un corps de masse m de la température TA à la température TB>TA, il faut lui apporter la quantité de chaleur Q = m C T formule de base dans laquelle C est la capacité calorifique (appelée aussi chaleur massique) du corps et T=TB-TA Pour l’eau on a Ceau=4180 J.kg-1.K-1 La Démarche Scientifique

29. Exercice 1Etablir: La Démarche Scientifique

30. Exercice 2Etablir: La Démarche Scientifique

31. Exercice 3 On a: U=10 V, Ri=RI=10 , Ru=107 , RX=102 . Pour chacun des 2 montages ci-dessous, donner l’expression du courant Im et de la tension Um mesurés par l’ ampèremètre et le voltmètre. En déduire les valeurs RX’ et RX’’ données par les rapports Um/ Im. Quel montage est adapté à la mesure de RX ? La Démarche Scientifique

32. Exercice 4Calculer la valeur moyenne et la valeur efficace (RMS) de la tension ci-dessous: La Démarche Scientifique

33. Exercice 5 : (Voir les figures sur la diapositive suivante) Un index horizontal solidaire d'un axe vertical oscille suivant l'expression . Une fourche optique connectée à un chronomètre électronique est placée de telle sorte que l'index coupe le faisceau lumineux périodiquement et permet la mesure de la période d’oscillation T. La procédure est la suivante : a) Remise à Zéro (RàZ ou Reset ou Init) du chronomètre, b) le faisceau est coupé une première fois  le chronomètre démarre, c) au retour de l'index, le faisceau est coupé une seconde fois  le chronomètre est arrêté affichant alors le temps t écoulé entre les instant b) et c). Le mauvais placement de la fourche a été volontairement exagéré sur la vue du dessus afin d'illustrer l'erreur inévitable commise en n'effectuant qu'une seule mesure {a)b)c)} pour déterminer la demi-période du mouvement T/2. Expliquer et justifier comment procéder pour éliminer cette erreur systématique. La Démarche Scientifique

34. La Démarche Scientifique

35. Exercice 6 : Déterminer la distance (en mm) à laquelle il faut placer un objet pour qu'une lentille de focale +10 cm en fasse une image sur un écran placé à 1 mètre de la lentille ? Quel est le grandissement ? La Démarche Scientifique

36. Exercice 7 : • Quelle quantité de chaleur faut-il apporter à ME=200 g d’eau pour la porter de la température ambiante TA=20°C à la température TB=70°C ? • A cette dernière température, l’eau est versée rapidement dans un calorimètre initialement à température ambiante. L’eau est agitée et après quelques secondes sa température se stabilise à TC=58°C. On considère que l’intégrité de la chaleur perdue par l’eau a été reçue par le calorimètre. Quelle est la valeur de cette quantité Qc ? • Soient MC la masse du calorimètre et CC sa chaleur massique. On définit la valeur en eau µ du calorimètre par la relation: MC CC = µ Ceau . Déterminer la valeur de µ. (Ceau=4180 J.kg-1.K-1) La Démarche Scientifique