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Math
The smartphone is proving to be a very interesting experimental tool for putting into practice the mathematical concepts studied in middle school and high school. After all, it is the role of mathematics to create theoretical tools to better model the world around us. The teachers we work with have created a number of science experiments using mathematical concepts from the program such as the law of sines in the exercise of triangulation or the production of data for statistical studies.
Our math activities
Etude de la loi des carrés inverse pour l'éclairement
Level :
Lycée
Cette activité proposée une exploration pratique de la loi du carré inverse, un pilier de la physique lumineuse. En se servant d'un smartphone et de l'application FizziQ pour mesurer l'éclairement lumineux, les élèves découvrent de manière interactive comment l'intensité lumineuse diminue avec l'augmentation de la distance à la source lumineuse. Cette activité, en combinant l'aspect expérimental avec l'analyse mathématique, encourage non seulement la compréhension conceptuelle mais cultive aussi l'esprit d'analyse et de synthèse, rendant l'apprentissage de la physique à la fois accessible et captivant.
Construire un dispositif pour déterminer avec précision la période d'un pendule
Level :
Collège, Lycée
Cette activité invite les élèves à explorer et à questionner les principes de la physique derrière le mouvement pendulaire. Après avoir choisi un type de pendule (pendule de Newton ou pendule simple), il détermine un moyen de mesurer très précisément sa période grâce à FizziQ. En expérimentant avec différentes hauteurs de lâcher, les élèves vérifient si ces variations influent sur la période du pendule. L'intérêt pédagogique est multiple : les élèves construisent un dispositif précis, appliquent la méthode scientifique en testant une hypothèse contre les prédictions théoriques, affinent leurs compétences en mesure et en analyse de données, et connectent leurs découvertes au développement historique des technologies de mesure du temps.
Quelles est l'augmentation du niveau sonore quand on additionne deux ondes de même intensité ?
Level :
Collège - Lycée
Cette expérience pédagogique utilise trois smartphones pour explorer l'addition de sources sonores et ses effets sur l'intensité sonore, en mettant en lumière des concepts clés de l'acoustique et de la physique du son. Deux smartphones émettent des sons tandis que le troisième analyse l'intensité sonore résultante. Les élèves découvrent la différence entre mesurer le Niveau de Bruit, qui représente une moyenne des intensités sonores, et le Niveau Sonore, qui est une mesure instantanée. Dans un premier temps, on additionnera le son de deux bruits blancs, que l'on trouve dans la bibliothèque de sons de l'application. On calibre d'abord les deux smartphones pour qu'ils produisent la même intensité sonore, puis les élèves observent l'augmentation du niveau sonore lorsqu'on additionne deux sources. Cette augmentation sera proche de 3 dB, résultat que l'on attend.
Etude de l'effet Doppler pour un pendule sonore ou une balançoire
Level :
Lycée
Cette activité pédagogique invite les élèves à étudier l'effet Doppler via un pendule sonore créé en suspendant un smartphone émettant un son. Ils examineront les variations de fréquence dues au mouvement du pendule, mettant en pratique des notions telles que fréquence, période, et vitesse. L'analyse de la courbe de fréquence asymétrique stimule la réflexion critique. L'intégration de la technologie renforce l'expérience d'apprentissage, encourageant une démarche scientifique active et la communication des résultats dans un cahier d'expérience. Cette expérience peut également être réalisée en utilisant une balançoire sur laquelle un élève tient une source sonore.
How to measure the speed of a skier using video analysis?
Level :
Middle school, High school
Students calculate the speed of a skier during a ski competition using the analysis of a video taken from FizziQ's video library. They could also analyse their own video taken with a smartphone. Students analyze the trajectory to determine the speed of the skier and confirm the speed displayed by the TV company of the screen. Introduction to video analysis using FizziQ kinematics module is fully described in the protocol.
What is the trajectory of a basketball?
Level :
High school
In this activity, the student studies the trajectory of a ball by kinematic analysis of a video of a shot. He will find an appropriate scale and then point to the different positions in FizziQ kinematic analysis module . By adding the calculated positions to his notebook, he will determine the type of trajectory of the ball, then using the smoothing tool, he will calculate the equation of the curve and confirm his intuition about the shape of the curve.
How do pole vault jumpers jump so high?
Level :
High school
Pole vault jumping is one of the most complex sport on which to conduct a biomechanics analysis. Using a video and the kinetics module of FizziQ, students are able to study the movement of the athlete, identify the various phases, apply the various the laws of mechanics to understand how the athlete takes off and why they jump so high. This analysis will make them understand the difficulty of this sport, and they will be able to make suggestions for the athlete to improve their performance.
Déterminer le centre de gravité d'un mouvement complexe
Level :
Collège, Lycée
Il est en général facile de déterminer le centre de gravité d'une personne debout ou allongée. Mais comment le déterminer quand un athlète effectue des figures complexes qui entraînent des déformations de son corps ? Heureusement, nous savons que le centre de gravité d'un plongeur décrit une parabole. En utilisant cette information, l'élève réalise une analyse cinématique du plongeon d'une athlète, et, par essais successifs, positionne le centre de gravité sur la vidéo jusqu'à obtenir le mouvement parabolique attendu pour ce point.
Mesurer la vitesse du son par émission d'un bruit dans un tube
Level :
Lycée
Si plusieurs fréquences sont émises simultanément dans une cavité, les harmoniques de la fréquence de résonance de la cavité seront amplifiées par rapport aux autres fréquences émises. On utilise cette propriété pour mesurer la vitesse du son en utilisant un bruit blanc ou rose émis par un smartphone à travers un tube et en mesurant les fréquences qui sont amplifiées. Cette expérience est toujours étonnante pour les élèves et leur permet de mieux comprendre les phénomènes de résonance de Helmholtz, ainsi que les caractéristiques sonores du bruit blanc. On pourra également utiliser un bruit rose à la place du bruit blanc.
Athlétisme : mesure de la vitesse d'éjection lors du lancer de marteau
Level :
Lycée
L'activité offre une approche pratique pour comprendre la transformation du mouvement rotatif en mouvement linéaire, un concept clé en physique à travers l'étude du lancer de marteau, discipline olympique. En utilisant des outils d'analyse cinématique pour étudier une vidéo de lancer de marteau présente dans la bibliothèque cinématique, les élèves calculent la vitesse d'éjection et la confrontent à la vitesse théorique obtenue en utilisant la vitesse de rotation de l'athlète. Cette analyse permet d'identifier d'autres facteurs importants du lancer comme l'angle d'éjection vertical.
Level :
Trajectoire d'un volant de badminton
Level :
La trajectoire d'un volant de badminton est-elle une parabole comme la trajectoire d'une balle de basket par exemple ? Dans cette activité l'élève analyse la vidéo d'un athlète qui lance un volant de badminton et détermine Cette activité a pour but de calculer par l'analyse cinématique la vitesse du skieur John Clarey pendant les JO d'hiver de 2022. L'élève apprendra a prendre en main le module cinématique, et à conduire l'analyse. Il calculera les vitesses horizontales et verticales de l'athlète, puis la norme de cette vitesse, qu'il pourra comparer à la vitesse officielle calculée.
What is the trajectory of a soccer ball?
Level :
Middle school, High school
Students carry out the kinematic analysis of a shot on goal from a video from the video library. They can also analyse their own video taken with a smartphone. They analyze the trajectory to determine if it is rectilinear, and the speed to check that the ball's movement is uniform. Introduction to video analysis using FizziQ kinematics module is fully described in the protocol.
Measure the distance between 2 points by triangulation
Level :
The purpose of this experiment is to measure the distance between 2 distant points using the triangulation method. First, the student performs the protocol on the law of sines. The method of calculating the lengths of a triangle can be used to measure very long distances: the Struve arc represents the largest triangulation network: it extends from Hammerfest in Norway to the Black Sea on a length of more than 2820 kms. The student can implement this method on a smaller scale, for example in the playground by trying to measure the greatest distance there. Before putting into practice and calculating the different angles with the theodolite, it is advisable to start by making a diagram on a sheet of paper by recording the different points that will be used for the measurements and viewing the video on the triangulation.
Energie mécanique et loi de conservation de l'énergie pour un pendule de Newton
Level :
Collège, Lycée
Le pendule de Newton est un pendule se composant de cinq billes et permettant d'illustrer les théories de conservation de la quantité de mouvement et de l'énergie. Le comportement de ce système a été étudié à la fin du XVIIème siècle par les scientifiques John Wallis, Christopher Wren et Christiaan Huygens. Dans cette expérience, nous utilisons une vidéo de pendule de Newton pour tester la loi de conservation de l'énergie par analyse cinématique. Les calculs permettent d'estimer le coefficient de restitution du pendule. Si les élèves disposent d'un pendule de Newton, ils peuvent également faire leur propre vidéo et l'utiliser pour faire l'analyse cinématique.
Un avion grimpe t-il plus vite qu'un ascenseur ?
Level :
Lycée
L'ascenseur de la tour de Shanghai est le plus rapide au monde avec un vitesse de 20 m/s. En utilisant l'altimètre de FizziQ, on estime la vitesse ascensionnelle d'un avion de ligne et on détermine si cette vitesse est supérieure à celle de l'ascenseur de la tour de Shanghai.
Est-on moins lourd en avion ?
Level :
Lycée
A l'occasion d'un voyage en avion, on peut faire une expérience qui permet de vérifier que l'accélération de la pesanteur, g, est bien dépendante de l'altitude comme le prédite la théorie. Pour réaliser cette expérience, on utilise la mesure de l'accélération absolue d'un smartphone pour mesurer g avant le décollage et quand l'avion a atteint sa vitesse de croisière.
Mesurer la vitesse du son par la fréquence de résonance d'un tube
Level :
Lycée
La vitesse du son peut être calculée en utilisant la résonance acoustique d'un tube, un phénomène dans lequel un système acoustique amplifie les ondes sonores dont la fréquence correspond à l'une de ses propres fréquences de vibration. Les fréquences de résonance de certaines cavités comme un cylindre ou une bouteille sont faciles à déterminer et dépendent de la vitesse du son et de la forme de l’objet. En mesurant la fréquence de résonance, pour certains types de cavité, on peut ainsi déduire la vitesse du son. Dans ce protocole, l'élève utilise une éprouvette pour déterminer les paramètres qui semblent influer sur la fréquence de résonance puis utilise la formule de la fréquence de résonance pour calculer la vitesse du son.
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