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Réaliser une chronophotographie

à l'aide d'un appareil photo numérique

(d'après une idée de W. Fortin)


Voici un moyen d'étudier un mouvement à partir d'une image réalisée en classe, pour ceux qui sont découragés par les difficultés de la vidéo.

 

Il suffit d'un appareil photo numérique et d'un stroboscope.

L'idée est de réaliser un cliché à pose longue (de l'ordre de 2 à 3 secondes), pendant le mouvement, en se plaçant dans la pénombre ou l'obscurité. Le mobile, éclairé par les flashs d'un strobscope, apparaît à des positions successives. Une fois la photo imprimée, on peut mesurer les positions à la règle, et en déduire des données, comme les vitesses instantanées.

La durée de la pose longue correspond bien entendu à celle du mouvement. Si l'appareil photo utilisé ne dispose pas de mode 'manuel' pour sélectionner la durée de la prise de vue, on peut se placer en mode 'nuit', pour forcer l'appareil à rallonger le temps de pose. On peut ainsi arriver à 2 ou 3 secondes.

Le stroboscope indique une fréquence en flashs/minute ; une fréquence de 300 flashs/minute est bien adaptée au roulement d'une bille sur un plan incliné de quelques degrés. Une fréquence multiple de 60 rend commode les calculs de vitesses par la suite.

Il est préférable de déplacer le stroboscope durant le mouvement, pour qu'il éclaire le mobile au maximum ; sinon, certaines positions risquent de ne pas apparaître assez clairement sur le cliché final.

Il faut penser à placer dans le champ de la photo une mire ou tout autre objet servant d'étalon pour obtenir une échelle de longueurs.

La réalisation du cliché avec cette méthode est plutôt destinée à être réalisée collectivement, et non pas en binômes. Il faut 1 personne pour déclencher l'appareil photo, 1 pour lâcher le mobile, 1 pour tenir le stroboscope, et 1 qui reste près de l'interrupteur de lumière de la salle.

Après avoir obtenu le cliché, il suffit de l'imprimer pour que les élèves puissent ensuite travailler dessus.

Voici quelques exemples de clichés obtenus :

une chute libre verticale

(balle de tennis)

roulement d'une bille sur plan incliné

roulement bille

échelle : chaque bande colorée de la mire mesure 4,0 cm

 

Balle de golf :

chronoroulement3


A partir des positions successives et des intervalles de temps donnés par le stroboscope, on peut estimer les vitesses instantanées, et tracer l'évolution de la vitesse au cours du temps.

Parmi les clichés ci-dessus, celui de la bille sur un plan incliné donne les meilleurs résultats (netteté, et précision sur la position du centre de l'objet). On obtient par exemple : 

resultats bille

 

La modélisation donne ici une accélération de 25 cm/s².

Cette expérience correspond au programme de Première STL - STI2D, dans la partie Mécanique "Transport - Mise en mouvement - vitesse, accélération".