Texas Instruments ou tout autre fournisseur tiers n’offre aucune
garantie, expresse ou tacite, concernant notamment, mais pas
exclusivement, la qualité de ses produits ou leur capacité à
remplir quelque application que ce soit, qu’il s’agisse de
programmes ou de documentation imprimée. Ces produits sont
en conséquence vendus “tels quels”.
En aucun cas Texas Instruments Instruments ou tout autre
fournisseur tiers ne pourra être tenu pour responsable des
préjudices directs ou indirects, de quelque nature que ce soit, qui
pourraient être liés ou dûs à l’achat ou à l’utilisation de ces
produits. La responsabilité unique et exclusive de Texas
Instruments, quelle que soit la nature de l’action, ne devra pas
excéder le prix d’achat du présent équipement. En outre, Texas
Instruments décline toute responsabilité en ce qui concerne les
plaintes d’utilisateurs tiers.
2004 Texas Instruments Incorporated.
Tous droits réservés.
Les professeurs sont expressément autorisés à reproduire ou à
photocopier, en quantités limitées aux besoins de leurs cours,
ateliers ou séminaires, les pages de cet ouvrage portant la
mention de copyright Texas Instruments. Ces pages sont
destinées à être reproduites par les professeurs pour l'usage
exclusif de leurs cours, ateliers ou séminaires, à la seule condition
que la mention de copyright figure sur chaque page. Les copies
réalisées ne peuvent être ni vendues ni distribuées en dehors du
contexte auquel elles sont destinées. En dehors des cas précités,
une autorisation écrite préalable doit être obtenue de Texas
Instruments Incorporated pour toute reproduction ou
transmission, partielle ou totale, de cet ouvrage, par quelque
moyen que ce soit, électronique ou mécanique, y compris tout
système de stockage ou de récupération de données, sauf
autorisation expresse stipulée par les lois fédérales sur le
copyright. Veuillez envoyer vos demandes à Texas Instruments
Incorporated, 7800 Banner Drive, M/S 3918; Dallas, TX 75251;
Attention: Manager, Business Services
L’exercice 1 (Représenter graphiquement votre déplacement) et l’exercice 3 (Descente rapide en toboggan) sont utilisés avec l’autorisation
de Vernier Software and Technology. Ces exercices ont été adaptés de l’ouvrage Middle School Science with Calculators écrit par Don Volz
et Sandy Sapatka.
Table des matières
Introduction
En quoi consiste le CBR 2™ ? 2
Principes d’utilisation du
compter jusqu’à 3 4
Conseils pour collecter efficacement des données 6
Exercices : notes pédagogiques et feuilles d’exercice pour les élèves
TI-83 Plus Silver Edition, TI-84 Plus, et TI-84 Plus Silver Edition
- apprend aux élèves à collecter et à analyser des données réelles
Que fait le CBR 2™ ?
En connectant le CBR 2™ à une calculette graphique TI, les élèves peuvent collecter,
visualiser et analyser des données de mouvement sans avoir à effectuer des mesures
fastidieuses et à tracer manuellement des graphiques.
Le
CBR 2™ permet d’explorer les relations physiques et mathématiques existant entre
distance, vitesse, accélération et temps. Pour cela, on utilise les données collectées pour
résoudre les exercices proposés. Les élèves peuvent ainsi étudier les concepts mathématiques
et physiques suivants :
2™ (Calculator----Based Ranger™)
2™ (Calculator2™ (Calculator
détecteur de mouvement à ultrasons
- utilisable avec les calculettes TI-83 Plus,
simple d’emploi
Based Ranger™)
Based Ranger™)Based Ranger™)
0 mouvement : distance, vitesse, accélération
0 représentation graphique : coordonnées, pente, intersections
0 fonctions : linéaires, quadratiques, exponentielles, sinusoïdales
0 calculs : dérivées, intégrales
0 analyse statistique des données : méthodes de collecte de données, analyse statistique
0 physique : déplacement, mouvement guidé, analyse du mouvement
Ce manuel intitulé Principes d’utilisation du CBR 2™ est conçu pour les professeurs qui n’ont
pas d’expérience approfondie ou de l’utilisation d’une calculette. Il propose des instructions
d’exploitation rapide du
cinq exercices permettant d’étudier les fonctions et les propriétés de base du mouvement.
En complément des exercices (voir pages 10 à 31), vous trouverez les informations
suivantes :
0 des notes pédagogiques spécifiques à chaque exercice, plus des informations générales
pour le professeur
0 des instructions pas à pas
0 un exercice élémentaire adapté à tout niveau pour apprendre à collecter des données
0 des indications pour analyser les données, y compris des scénarios du type “Que se passe-
t-il si
?”
0 des pistes pour des études plus approfondies
0 une feuille d’exercice photocopiable avec des questions ouvertes adaptées à plusieurs
niveaux
CBR 2™, des conseils pour collecter efficacement des données et
ort pour connecter une
calculette graphique TI à l’aide
d’un câble de 2,25 m (fourni)
détecteur à ultra-sons :
200 mesures par
econdes entre
15 centimètres et 6 m
ort BT (British Telecom)
our connecter le CBR 2™
à un CBL™, CBL 2™ ou
LabPro®
électeur de sensibilité réglable
en mode Normal ou Track (voir
age 7)
oint de fixation normalisé
our installer un trépied
ou le serre-joint de
montage inclu
CBR 2™ fournit tout ce dont vous avez besoin pour commencer rapidement et facilement vos cours
Le
tête pivotante pour
ajuster précisément la
osition du détecteur
et vos exercices. Il vous suffit de le connecter à une calculette graphique TI (vous pouvez également
vous procurer aisément les accessoires indispensables à la réalisation de certains exercices).
Utilisation du CBR 2™ : aussi simple que de compter jusqu’à 3
Avec le CBR 2™, vous collectez votre premier échantillon de données en 2 ou 3 étapes !
1
2
Téléchargement
Votre calculette graphique peut être livrée avec un certain nombre
d’applications pré-installées, y compris l’application EasyData. Appuyez sur
Œ pour afficher le nom des applications installées sur votre calculette. Si
l’application EasyData n’est pas installée, vous pouvez télécharger la dernière
version de cette application à partir du site education.ti.com. Si nécessaire,
téléchargez EasyData dès à présent.
Connexion
Connectez le CBR 2™ à votre calculette graphique TI au moyen du câble USB
standard B/Mini-A (calculette/
calculette en veillant à bien enfoncer chaque extrémité dans les appareils pour
établir la connexion.
Réglez le sélecteur de sensibilité sur le mode
marche, de jet de balle, de mouvement de pendule, etc. ou sur le mode
pour les exercices de mouvements guidés et de déplacements de chariots.
Le câble calculette/
0 doit exclusivement être utilisé avec l’application EasyData.
0 permet de lancer automatiquement l’application EasyData lorsqu’il est
utilisé pour connecter un
0 offre une meilleure connexion physique et une plus grande fiabilité que le
câble d’E/S de calculette à calculette.
0 ne doit pas être utilisé avec RANGER, DataMate ni d’autres applications
Si vous comprenez le fonctionnement d’un détecteur de mouvement à ultrasons, il vous sera
plus facile d’obtenir de meilleures mesures pour tracer de meilleures courbes. Le détecteur
de mouvement envoie une impulsion ultrasonique, puis mesure le temps que met cette
impulsion à revenir après réflexion sur l’objet le plus proche.
Le
CBR 2™, comme tout détecteur de mouvement à ultrasons, mesure la durée écoulée
entre l’instant où l’impulsion ultrasonique a été transmise et l’instant où le premier écho a
été renvoyé. Mais le
microprocesseur intégré. Lorsque les mesures sont collectées, le
laquelle se trouve l’objet à l’aide d’un programme utilisant la vitesse du son. Puis il calcule la
dérivée première et seconde des distances par rapport au temps pour obtenir les vitesses et
les accélérations. Il enregistre ces mesures dans les listes.
Taille de l’objet
CBR 2™ dispose de bien d’autres fonctionnalités gérées par son
CBR 2™ calcule la distance à
Plus l’objet est petit et loin du CBR 2™, moins la lecture est précise. Par exemple, à une
distance de 5 mètres il vous est plus facile de détecter un ballon de football plutôt qu’une
balle de ping-pong.
Distance minimale
Lorsque le CBR 2™ envoie une impulsion, celle-ci arrive sur l’objet, est réfléchie vers le CBR 2™
qui la reçoit. Si l’objet est situé à moins de 15 centimètres, des impulsions successives
peuvent se chevaucher et être mal identifiées par le
donc préférable de placer le
Distance maximale
CBR 2™ à 15 centimètres minimum de l’objet visé
CBR 2™ et la courbe sera inexacte. Il est
Au fur et à mesure que l’impulsion progresse dans l’air, elle perd de sa force (elle s’amortit).
Après avoir parcouru environ 12 mètres (6 mètres pour aller vers l’objet et 6 mètres pour
revenir jusqu’au
détecté par le
CBR 2™), l’écho renvoyé peut être trop faible pour être correctement
CBR 2™. Ceci limite la distance de détection fiable entre l’objet et le CBR 2™ à
moins de 6 mètres.
Sélecteur de sensibilité
Le sélecteur de sensibilité permet d’activer deux modes
d’utilisation : Track et Normal. Le mode Track s’utilise
dans le cadre d’exercices de mouvements guidés et de
Track Normal
%&
déplacements de chariots, tandis que le mode Normal
convient à tous les autres types d’exercices (marche, jet
ou rebond de balle, mouvement de pendule, etc.).
Si le niveau de bruit collecté avec vos données est élevé, il est probable que le sélecteur de
sensibilité est réglé sur le mode Normal. L’activation du mode Track réduit la sensibilité du
détecteur et peut fournir de meilleurs résultats.
Le faisceau du CBR 2™ n’est pas un faisceau rectiligne cylindrique. Au contraire, il forme un
faisceau conique d’angle 30°.
Pour éviter toute interférence avec des objets situés aux alentours, essayez de maintenir une
zonelibre sur le trajet du faisceau du
autres que l’objet ciblé ne seront pas détectés par le
CBR 2™. Ceci vous permet d’être sûr que les objets
CBR 2™. Le CBR 2™ détecte l’objet le
plus proche dans la zone libre.
30°
15 centimètre
Surfaces réfléchissantes
Certaines surfaces réfléchissent les impulsions mieux que d’autres. Vous obtenez par
exemple de meilleurs résultats avec une balle dont la surface est relativement dure ou lisse
qu’avec une balle de tennis. En revanche, des échantillons prélevés dans une pièce remplie
de surfaces réfléchissantes dures ont plus de chances de présenter des points de données
parasites. Des mesures de surfaces irrégulières (telles qu’une voiture miniature ou un élève se
déplaçant en tenant une calculette) peuvent apparaître irrégulières.
La courbe Distance-Temps d’un objet immobile peut présenter quelques petites différences au niveau
des valeurs de distance calculées. Si chacune de ces valeurs correspond à un pixel différent, la courbe
plate attendue peut présenter quelques accidents. Quant à la courbe Vitesse-Temps, elle peut
paraître encore plus accidentée car la différence de la distance entre deux points quelconques dans le
temps correspond, par définition, à la vitesse et de plus la vitesse s’obtient par un calcul numérique
avec les imprécisions d’un tel calcul.
Configuration de la collecte de données pour l’option Time Graph
La durée de l’expérience correspond à la durée totale, exprimé en secondes, requise pour la
réalisation complète de l’échantillonnage. Elle est calculée en multipliant le nombre
d’échantillons par la durée d’échantillonnage.
Entrez un nombre compris entre 0,05 (pour les objets se déplaçant rapidement) et 0,5
secondes (pour les objets se déplaçant lentement).
Remarque : Reportez-vous à la section “Pour configurer la calculette pour la collecte de
données”, page 12, pour des informations détaillées concernant la modification des
paramètres.
Menu Description Paramètre par défaut
Sample Interval Mesure le temps en secondes écoulé entre les
échantillons.
Number of Samples Nombre total d’échantillons à collecter. 100
Experiment Length Durée de l’expérience exprimée en secondes. 5
Démarrage et arrêt
0,05
Pour commencer l’échantillonnage, sélectionnez Start (appuyez sur q).
L’échantillonnage s’arrête automatiquement lorsque le nombre d’échantillons défini dans le
menu Time Graph Settings est atteint. Le
CBR 2™ affiche ensuite un graphique représentant
les données collectées.
Pour interrompre l’échantillonnage avant son arrêt automatique, sélectionnez Stop (appuyez sur
q et maintenir la touche enfoncée) à tout moment pendant le processus d’échantillonnage.
Une fois ce dernier arrêté, un graphique représentant les données collectées s’affiche.
Bruit : De quoi s’agit-il et comment l’éliminer ?
Lorsque le CBR 2™ reçoit des signaux réfléchis par des objets autres que la cible principale, la
courbe présente des points de données erratiques (points aberrants) qui ne sont pas
conformes à l’allure générale de la courbe. Pour minimiser le bruit, vous devez :
0 Veillez à ce que le CBR 2™ soit directement pointé sur la cible. Essayez de régler la tête du
détecteur tout en visualisant les données collectées en temps réel sur l’écran d’accueil de
mesure. Assurez-vous d’obtenir des résultats satisfaisants avant de commencer un
exercice ou une expérience.
0 Essayez d’échantillonner dans un espace sans signaux parasites (voir le schéma de la zone
libre à page 7).
0 Choisissez un objet plus grand et donc susceptible de mieux réfléchir les impulsions, ou
déplacez l’objet plus près du
0 Lorsque plusieurs CBR 2™ sont utilisés dans la même pièce, chaque groupe doit avoir
CBR 2™ (mais à une distance supérieure à 15 centimètres).
terminé son échantillonnage avant que le suivant ne commence le sien.
0 Essayez de régler le sélecteur de sensibilité sur le mode Track pour réduire la sensibilité du
La distance approximative de l’objet est calculée en supposant une vitesse nominale du son.
Cependant, la vitesse réelle du son varie en fonction de plusieurs facteurs et plus
particulièrement en fonction de la température ambiante. Pour des exercices impliquant un
certain mouvement, ce facteur n’est pas important.
Le
CBR 2™ est équipé d’un capteur de température intégré qui lui permet de compenser
automatiquement les variations de vitesse du son dues à la température ambiante. La
conversion de température de 0 à 40° Celsius, pour une pression standard, est pratiquement
linéaire à environ +0,6 mètres/seconde par degré Celsius. La vitesse du son augmente
d’environ de 331 mètres/seconde à 0° Celsius à 355 mètres/seconde à 40° Celsius. Ces
vitesses tiennent compte d’une humidité relative de 35 % (air sec).
Lorsque l’application EasyData est utilisée avec le
CBR 2™, cette compensation de
température survient lors de la collecte des données de mouvement. Le capteur se trouve
sous les orifices situés à l’arrière du
CBR 2™. C’est pourquoi, lors de la collecte de données, il
convient de ne pas recouvrir ces orifices d’un quelconque objet de température différente de
la température ambiante.
Utilisation du CBR 2™ sans l’application EasyData
Vous pouvez utiliser le CBR 2™ comme détecteur de mouvement à ultrasons avec le CBL 2™
ou des programmes autres que EasyData.
Le câble d’E/S de calculette à calculette permet d’utiliser le
CBR 2™ avec des calculettes
graphiques sur lesquelles l’application EasyData n’est pas installée, mais qui disposent de
l’application
fonctionnalités qu’un
et/ou le programme
L’application
CBL/CBR et/ou du programme RANGER. Le CBR 2™ offre les mêmes
CBR™ lorsque les données sont collectées via l’application CBL/CBR
RANGER.
CBL/CBR peut être utilisée sur la plupart des anciens modèles de calculette TI-83
Plus. Elle peut être téléchargée à partir du site education.ti.com pour assurer la collecte des
données de mouvement sur le
Le programme
RANGER, qui fait partie de l’application CBL/CBR et qui est disponible pour
CBR 2™ au moyen du câble d’E/S de calculette à calculette.
d’autres calculettes, permet de collecter des données de mouvement via le câble d’E/S de
calculette à calculette. De nombreux manuels TI consacrés aux Explorations utilisent le
programme
Vous pouvez également utiliser le
de collecte de données
faire fonctionner le
RANGER.
CBR 2™ comme détecteur de mouvement avec votre unité
CBL 2™. Utilisez l’application DataMate fournie avec le CBL 2™ pour
CBR 2™ avec votre CBL 2™. Un câble spécial CBL/CBR est nécessaire pour
pouvoir utiliser ce système. Pour plus d’informations sur ce câble, visitez la boutique TI sur
education.ti.com.
Cet exercice requiert l’utilisation de l’application
EasyData.
Matériel nécessaire
Ÿ calculette (voir page 2 la liste des modèles
disponibles)
Ÿ CBR 2™
Ÿ câble calculette/CBR 2™ ou câble d’E/S de
calculette à calculette
Ÿ application EasyData
Ÿ ruban adhésif
Ÿ mètre
Conseils
Cet exercice peut être la première occasion pour vos
élèves d’utiliser le détecteur de mouvement CBR 2™.
Prendre le temps de les initier maintenant à son
fonctionnement leur sera très utile dans la mesure où
ils auront à utiliser le CBR 2™ à plusieurs reprises au
cours de l’année. Les conseils suivants sont destinés à
favoriser une utilisation efficace du CBR 2™:
0 Avec le CBR 2™, il est important de comprendre
que l’impulsion ultrasonique est émise dans un
cône d’environ 30° de large. Tout objet situé à
l’intérieur de ce cône peut occasionner une
réflexion et, par conséquent, une mesure
accidentelle. L’un des problèmes courants liés à
l’utilisation d’un détecteur de mouvement réside
dans la génération de réflexions indésirables
occasionnées par la présence d’un bureau ou
d’une chaise dans la pièce.
0 Ces réflexions indésirables peuvent être réduites la
plupart du temps en inclinant légèrement le
CBR 2™.
0 Si vous commencez par représenter une courbe de
vitesse ou d’accélération et que l’affichage obtenu
est confus, tentez d’afficher une courbe de
distance et observez sa pertinence. Si celle-ci n’est
pas satisfaisante, il est possible que le CBR 2™ ne
pointe pas correctement sur la cible.
0 Le CBR 2™ ne détecte pas correctement les objets
situés à moins de 15 cm. La plage maximum est
d’environ 6 m, mais la détection d’objets isolés
dans la partie large du cône de détection peut être
difficile à cette distance.
0 Il peut arriver qu’une cible n’offre pas une réflexion
suffisante de l’impulsion ultrasonique. Par
exemple, si la cible est une personne vêtue d’un
pull-over épais, la courbe obtenue peut paraître
irrégulière.
0 Si les courbes de vitesse et d’accélération
présentent un niveau de bruit élevé, tentez
d’augmenter l’intensité de la réflexion ultrasonique
à partir de la cible en augmentant la zone de celleci.
Vous pouvez demander aux élèves de tenir un livre
devant eux tout en marchant face au CBR 2™. Vous
obtiendrez ainsi de meilleures courbes car le
déplacement sera plus régulier.
Courbes typiques
Courbe Distance-Temps
Courbe de correspondance
Distance-Temps
Réponses aux questions
9. La pente de la portion de la courbe correspondant
au déplacement est plus importante pour l’essai
réalisé à plus vive allure.
Les résultats obtenus peuvent varier d’un groupe à
l’autre car leur vitesse de déplacement peut varier.
Tout déplacement en direction du détecteur de
mouvement produira une pente négative, alors
que tout déplacement s’éloignant du détecteur
génèrera une pente positive.
12. Notez que la pente est presque nulle (voire nulle) si
la cible reste immobile. La pente obtenue doit être
nulle, mais de légères variations sont possibles en
fonction des données collectées.
Les graphiques réalisés à l’aide d’un CBR 2™ peuvent être utilisés pour étudier les mouvements. Au
cours de cet exercice, vous allez apprendre à utiliser votre
représentant votre propre déplacement.
Objectifs
Dans le cadre de cet exercice, vous devrez :
0 utiliser un détecteur de mouvement pour mesurer une distance et une vitesse ;
0 générer des graphiques représentant votre déplacement ;
0 analyser les graphiques générés.
Collecte de données : courbes Distance-Temps
Ê Posez le CBR 2™ sur une table, en l’orientant vers une zone libre, entièrement dégagée
de tout meuble ou autre objet. Le
d’environ 15 centimètres au niveau de votre poitrine.
CBR 2™ doit se trouver à une hauteur supérieure
CBR 2™ pour créer des graphiques
Avancez et reculez face
au CBR 2™
Ë Utilisez le ruban adhésif pour effectuer le marquage au sol des distances correspondant
à 1 m, 2 m, 3 m et 4 m du
CBR 2™.
Ì Connectez le CBR 2™ à votre calculette en utilisant le câble approprié (voir ci-dessous)
en veillant à bien enfoncer chacune des extrémités du câble dans les appareils.
0 Avec une TI-83 Plus, utilisez le câble d’E/S de calculette à calculette.
0 Avec une TI-84 Plus, utilisez un câble USB standard B/Mini-A (calculette/CBR 2™).
Í Sur la calculette, appuyez sur Œ et sélectionnez EasyData pour lancer l’application
EasyData.
Remarque : L’application EasyData démarre automatiquement lorsque le
connecté à une TI-84 Plus au moyen d’un câble calculette/