News information : IB – IA Exemple de physique: collecte et traitement des données

Pour toute personne qui a des difficultés à rédiger ses propres pratiques, cet article aide à expliquer la composition de la collecte de données et le traitement des données d'écriture d'une pratique physique de l'IB.

Essentiellement, les calculs pratiques impliquaient l'élan à l'aide d'une machine qui permettait des collisions de friction minimales. Le but était de vérifier la loi de conservation du moment.

Voici un exemple d'une telle pratique:

Collecte et traitement des données:

Observations qualitatives:

Il a été noté que le métal de la rampe s'échauffe peu de temps après chaque enregistrement et qu'à moins que la rampe ne soit ajustée, le planeur se déplacerait en raison de la modification de la forme du métal. En ajustant le bouton au bas de la rampe, la hauteur de la rampe peut être décalée de sorte que la rampe soit approximativement parallèle au sol, mais comme la piste a tendance, le curseur est susceptible d'être affecté par les effets de la gravité sur les côtés de la rampe. Cela ajouterait à l'incertitude de l'expérience, car les effets de la gravité seraient désormais en vigueur.

De plus, VELA enregistre l'accélération basée sur des lectures de lumière infrarouge sur deux temps distincts. Le curseur se compose de deux morceaux de métal qui bloquent la lumière infrarouge, et le temps qu'il est bloqué est utilisé par la machine pour calculer l'accélération. Cependant, les deux morceaux de métal réfléchissent la lumière et peuvent avoir réfléchi une partie de la lumière naturelle dans la pièce pour le lecteur. Cela peut également avoir contribué à l'incertitude de l'expérience.

Lorsque la rampe était positionnée de manière à être horizontale et que le curseur était centré, le curseur se balançait d'avant en arrière. L'air sortant des trous de la rampe remonterait contre le bord du curseur et le repousserait. Ensuite, l'air derrière le planeur serait également projeté contre le bord du curseur et poussé vers l'avant.

Après la collision des deux curseurs, il a été noté que la vitesse finale des curseurs (divisée après la collision) était similaire à leur vitesse initiale (avant la collision). Cela suggère que la valeur du point final devrait être similaire à la valeur de momentum initiale.

Après que la corde a été raccourcie entre les planeurs, la force magnétique de répulsion entre les aimants qui leur sont attachés les a fait voyager dans des directions distinctes. Il a été noté que le curseur le plus lourd avait une vitesse plus lente que le curseur plus léger. Ceci est nécessaire pour que leur moment soit égal (et opposé puisque leurs directions sont opposées), puisque p = mv. Si m est supérieur, v devra être plus petit pour que p soit égal pour les deux planeurs.

Données brutes:

Remarque: Les unités seront converties en unités SI précises dans les données traitées.

Il y avait 2 planeurs, le planeur A et le planeur B. Le planeur A avait une masse de 261 g. Le Glider B avait une masse de 309g. Laissez l'incertitude être la moitié du dernier chiffre car les échelles utilisées peuvent mesurer avec précision seulement 1 gramme.

Le planeur A sera toujours à gauche initialement et le planeur B sera toujours à droite initialement. Que la direction de la vitesse vers la droite soit positive.

L'incertitude de poids de chaque planeur est de +/- 0,5 gramme, car les échelles ne peuvent être mesurées avec précision qu'à ce degré. L'incertitude des vitesses initiale et finale en théorie serait de +/- 0,05 mms-1. Cela sera enregistré dans les données brutes.

Cependant, il y a plus d'incertitudes dans cette mesure. Il n'est pas possible que la pente de la rampe soit parfaitement horizontale, donc la gravité prendra effet. De plus, l'air sortant des trous modifierait également légèrement la mesure. La réflexion de la lumière sur des plaques métalliques peut également interférer avec le résultat. De plus, l'enregistreur de lumière calcule la vitesse en fonction de la longueur des plaques métalliques. La longueur de ces plaques est de 100 mm +/- 0,5 mm. Il y a donc beaucoup plus d'incertitude que +/- 0,05 mms-1.

L'incertitude ne peut pas être quantifiée, mais cela signifie que les données ne peuvent plus être mesurées à 4 chiffres significatifs. Ainsi, une estimation approximative de l'incertitude sera de 5 mms-1. Il s'agit de la moitié du dernier chiffre d'une mesure à 3 chiffres significatifs.

Le nombre exact de chiffres significatifs sera utilisé dans les données traitées. Pour l'instant, il restera comme 4 chiffres significatifs puisqu'il s'agit de données brutes.

L'expérience de collision

planeur

Masse +/- 0,05 (g)

u +/- 5 (mms-1)

v +/- 5 (mms-1)

un

261

1493

-836,0

B

309

-1 186

780,0

Expérience de recul magnétique

planeur

Masse +/- 0,05 (g)

u +/- 5 (mms-1)

v +/- 5 (mms-1)

A

261

0000

-280,0

B

309

0000

230,0

Données traitées: Les données seront désormais converties en unités SI, ainsi que leurs incertitudes.

La masse des données brutes devra être convertie en kg. Ainsi l'incertitude deviendra +/- 0,0005kg.

La vitesse dans les données brutes sera convertie en ms-1. Ce ne sera que sur 3 chiffres significatifs, comme expliqué ci-dessus et l'incertitude sera de 0,005 ms-1.

L'expérience de collision

planeur

Masse +/- 0,0005 (kg)

u +/- 0,005 (ms-1)

v +/- 0,005 (ms-1)

A

0,261

1,49

-0,836

B

0,309

-1,19

0,780

Expérience de recul magnétique

planeur

Masse +/- 0,0005 (kg)

u +/- 0,005 (ms-1)

v +/- 0,005 (ms-1)

A

0,261

0000

-0,280

B

0,309

0000

0,230

Calcul du moment:

Soit la masse du planeur A soit mA et sa vitesse initiale soit uA et sa vitesse finale soit vA Soit la masse du planeur B mB et sa vitesse initiale soit uB et sa vitesse finale soit vB

Soit l'élan initial du planeur A piA et le dernier moment pfA. Soit le moment de départ du planeur B piB et le dernier moment pfB.

Expérience de collision:

Pia= mAuA = 0,261x 1,49 = 0,389 Ns

L'incertitude peut être calculée en ajoutant des incertitudes de masse relative et la vitesse initiale:

Erreur de masse relative = 0,0005 / 0,261 = 0,002 Erreur de vitesse initiale relative = 0,005 / 1,49 = 0,003 Quantité d'erreurs relatives = 0,005 ou 0,5% Erreur absolue = 0,005 x 0,389 = 0,002

si piA = 0,39 +/- 0,002 Ns

En utilisant la même méthode, les autres valeurs de moment ainsi que leur erreur absolue peuvent être calculées:

PFA= mAvA = (0,261 +/- 0,0005) x (-0,836 +/- 0,005) = – 0,22 +/- 0,002 Ns

PIB= mBuB = (0,309 +/- 0,0005) x (-1,19 +/- 0,005) = – 0,36 +/- 0,002 Ns

PFB= mBvB = (0,309 +/- 0,0005) x (0,780 +/- 0,005) = 00h24 +/- 0,002 Ns

Expérience de recul magnétique:

Puisque uA et uB sont égaux à 0, la quantité de mouvement initiale du planeur A et du planeur B est égale à 0. Cela est dû au fait que pi = mu et m x 0 = 0.

PFA= mAvA = (0,261 +/- 0,0005) x (-0,280 +/- 0,005) =– 0,07 +/- 0,001 Ns

PFB= mBvB = (0,309 +/- 0,0005) x (0,230 +/- 0,005) = 00h07+/- 0,002 Ns