Faire des sciences avec son smartphone - … · TP Microscope : Transformer son smartphone en microscope » Calibration avec une règle 1 mm Image d’un cheveu 1 mm en vrai 4,5 cm

Faire des sciences

avec son smartphone

Ulysse DELABRE

11/07/2017

EPU 2017

Contexte

➔ S1 commun : UE Mécanique (CI, TP) + UE coloration

Physique

➔ UE coloration Physique

But : Présenter des outils simples et un panorama de la physique

➔ Pas si facile de faire des TP

› 12 groupes en parallèle

› Organisation complexe des salles de TP et coût associé

› 1 seul TP ? Quel thème ? Quand ?

› Faire des TPs en préparation d’un cours

2

Contexte & enjeux

➔ En parallèle :

MOOC Physique des Objets du quotidien

(5ème semaine sur le smartphone)

➔ Expérimenter simplement

➔ Nécessité d’un outil

le smartphone

➔ 5 TPs smartphone en L1 auprès de 350 étudiants

de l’Université de Bordeaux.

3

• Du téléphone portable

monofonction ….

Les smartphones : un sacré outil de distraction

Téléphone portable (2000)

Martin Cooper

Motorola (1973)

…. au

smartphone

multifonction

Les smartphones : un concentré de capteur

« Galaxy S4 gets you closer to

what matters in life, bringing

your world together ! »

Galaxy S4 gets you closer to the

SCIENCE LAB !

Le Galaxy S4 devient votre

laboratoire !

Magnétique

Optique

Mécanique

Magnétique Thermodynamique

Plusieurs capteurs sont

utilisés pour détecter vos

mouvements, pour

économiser la batterie, pour

jouer ….

SPL mètre Baromètre Accéléromètre Magnétomètre

Gyromètre Capteur CCD Microphone

Luxmètre

Un smartphone = « a mobile lab » = un mini laboratoire mobile

5 TPs smartphone

➔ (TP Le Pendule)

➔ TP Résonance d’une corde

➔ TP Effet Doppler

➔ TP Eclairement

➔ TP Microscope

➔ TP Absorption

7

Lien avec l’astrophysique

et la détection d’exoplanète

Lien avec la désintégration

des muons

Lien avec l’optique, les instruments

Analyse dimensionelle

Représentation graphique

Organisation des TPs

➔ TP par groupe de 4 étudiants

➔ Les étudiants doivent rendre 1 compte-rendu par TP

➔ Quand : quand les étudiants sont libres

2 semaines pour rendre le compte-rendu

➔ Où : partout et dans une salle « ouverte » OpenLAB sous la

surveillance des techniciens qui contient 2 smartphones

8

Etude du pendule avec un

smartphone

Application : Phyphox, Sensor Kinetics, Sensor Log ou Physics Toolbox Suite (Android)

Utilisation de l’accéléromètre

Utilisation des MEMS

Micro Electro Mechanical Systems

accéléromètre

› On va mesurer une capacité d’un condensateur différentiel

fixe

ressort

C1 C2

masse m

quelques

centaines de

µm

condensateur

Fonctionnement d’un accéléromètre

1C

dd

Le pendule simple

L

• Détermination de la période

L

..

.

²

X

Ya

a

l

l

2

LT

g

θ

Terre

Terre

GMchamp de pesanteur =

R ²g

Le pendule simple

L

• Détermination de la période

L

Exportation et traitement des données pour une meilleure

détermination de T

T/2

Le pendule

simple

..

.

²

X

Ya

a

l

l

Variation de la période T en fonction L

0,0 0,8 1,6 2,40

8

16

24

4 p

i²L

T²

• Variation de la longueur L

L

4 ² ( )L m

²( ²)T s

théorie

expérience

2 24 L gT

Extension : Formule de Borda (T en fonction de l’angle ) θ0

Des accéléromètres très précis !

TP Résonance d’une corde

Application : AKL(iOs) ou SoundAnalyzer (Android), Frequency Generator

TP Résonance d’une corde : Comment varie la fréquence de résonance en fonction de la longueur L ?

17

1f

L

Application AKLite, SoundAnalyzer

TP Effet Doppler :

comment remonter à la vitesse des planètes ?

18

Illustrations

M. Dobrijevic, LAB

.

1récepteur récepteur

émetteur

émetteur émetteur

f Vf ff f

V c

c

si V << c

TP Effet Doppler

19

V

Vitesse du son par effet Doppler à vélo !

Récepteur

À l’éloignement

21

TP Eclairement : Variation de l’éclairement en fonction de la distance ?

0

²E

r

Lieu du TP : salle OpenLAB ou ailleurs

22

TP Absorption

• Plus Rc est petit plus la distance focale f ’eau est courte !

• Pour l’eau si Rc = 1 mm, alors f ’eau ≈ 3 mm.

'

1 ( 1)

eauc

n

f R

Rc

1,33n

TP Microscope :

Transformer son smartphone

en microscope »

Calibration avec une règle

1 mm

Image d’un cheveu

1 mm en vrai

4,5 cm sur le

smartphone

3 mm

sur le smartphone

Donc un cheveu mesure environ 0,003

x 1 mm=0,0667 mm 67 µm0,045

d

Mesurer la taille d’un cheveu

Transformer son

smartphone en

microscope !

Quelques images

1 mm

Cristal

de sel

France sur une pièce de

20 c

Oeil de bourdon

50 µm

Cellules d’oignon

Pixels

Retours des étudiants

26

Quelques Remarques :

- « Ludique », « impressionnant »

- « Ca ne fonctionne pas / pas assez précis » mauvaise manipulation

-Il y a des anti-smartphones (pour le coté physique du moins)

- Pour certains, ce ne sont pas de « vrais TP » car pas de gros matériel

Etude du pendule Etude de trajectoire

Mesurer la vitesse

du son

Phénomène de

résonance Phénomène

de battement

Transformer son

smartphone

en microscope

Mesure de tension

de surface

Etude de la loi

de Malus

Réalisation d’un

spectromètre

MECANIQUE ACOUSTIQUE

ACOUSTIQUE

OPTIQUE

Chute libre Oscillation d’une

balançoire

Mesure des

propriétés

visqueuses

Mesure du coefffient

de restitution

d’une balle de

Tennis ou Ping-Pong

Acoustique/Mécanique

Mesure de

Pression

Décroissance

radioactive J. Kuhn et al, Physics Teacher

Mesure de

distance

focale

Mesure

d’intensité

lumineuse

P

et également mesure de champ magnétique , etc….

Détection d’exoplanète

Sujet d’extension !

Amortissement du pendule

Chute de bille

Beer-Lambert

Loi de Malus

Plusieurs sujets de TP L1-L3

possibles

Un smartphone = « a mobile lab »

un mini laboratoire mobile pour TOUS

Prédiction du Groupe Erickson :

3,3 milliards d’abonnements

smartphone en 2018

Février 2015, La Tribune

En 2018, 50% de la planète aura accès à un mini-laboratoire mobile !

En France , 27 millions d’utilisateurs

Dont 46 % des plus de 12 ans qui

ont un smartphone

Conclusions ➔ Mise en place de TP smartphone

- TPs ludiques, travail en équipe, construction d’un protocole

simple

- Retour très positifs des étudiants sessions Smartphone !

➔ Références et applications Android : Physics Toolbox Suite (Vieyra Software), PhyPhox, Sensor Sense, Sensor

Kinetics

iOS: Phyphox, Sensor Kinetics, Physics Toolbox Suite,

MOOC Physique des Objets du Quotidien (Bordeaux, France Université Numérique)

inscriptions jusqu’au 16 juillet ! !

Conférence Expérimentale ESPGG : A. Deblais et U. Delabre

MOOC Smartphone et Mécanique : J. Chevrier (Grenoble)

Smartphone au lycée (IFE , Lyon, Philippe JeanJacquot)

Des TP smartphones à l’Université , BUP soumis également

31 Colloque Smartphonique Oct 2017, Bordeaux ([email protected])