Physique du parc N1 — fiche de prolongement en classe (1re année des humanités scientifiques)

Ce que la classe rapporte du parc

• Les carnets visés par station (chronométrages, visée, accéléromètre, pression, Pascal, Archimède, série de 30 valeurs).
• La fiche « données du parc » du jour : rayon R, hauteur de l'axe H_axe, période de référence T_réf.
• Sous 48 heures, par courriel : les courbes d'accélération a_z(t) de chaque nacelle instrumentée (fichier CSV) et les valeurs de référence.

Le prolongement s'organise en une leçon de suivi de 45 minutes, une évaluation et deux séances facultatives.

Leçon de suivi (45 minutes) — « De la fiche de relevés au compte rendu »

Objectif : transformer les données brutes en un compte rendu de travaux pratiques complet et critique.

Consigne de rédaction à donner : « un lecteur qui n'était pas au parc doit pouvoir refaire votre mesure et vérifier votre calcul ». Exiger un graphique tracé à la main, avec échelle, légende des axes et unités, et une comparaison chiffrée (écart relatif en %).

Évaluation (devoir surveillé de 50 minutes, sur 20)

Les exercices utilisent les valeurs de la classe (T̄, σ, R, H_axe) : chaque élève travaille sur ses propres données, ce qui interdit le recopiage et donne du sens aux calculs.

1. Métrologie (5 points). Avec la série de la classe (n = 30, moyenne T̄, écart-type σ), écrire le résultat sous la forme T = T̄ ± σ/√n avec les chiffres significatifs justifiés. Expliquer en deux phrases pourquoi l'incertitude sur la moyenne diminue quand n augmente, et pourquoi elle ne corrige pas le retard de réaction au chronomètre.
2. Newton (6 points). Une nacelle de masse totale 280 kg tourne à la période T̄ sur une roue de rayon R. Calculer ω, v, a_c ; puis la force exercée par la suspension sur la nacelle au point bas et au sommet (F = m(g ± a_c)). Commenter : la structure est-elle plus sollicitée en haut ou en bas, et de combien de newtons ?
3. Trigonométrie (3 points). Depuis un point situé à d = 30 m du pied de l'axe, sous quel angle voit-on une nacelle placée à 45° de la verticale au-dessus de l'axe ? Coordonnées de la nacelle : (R sin 45° ; H_axe + R cos 45°), hauteur de l'œil 1,6 m.
4. Hydrostatique (6 points). (a) À quelle profondeur la pression double-t-elle par rapport à la pression atmosphérique p₀ ≈ 1,0 × 10⁵ Pa ? (≈ 10,2 m). (b) Pourquoi le bassin du parc, profond d'un mètre, ne permet-il pas de le vérifier ? (c) Un vérin hydraulique de garage à Kinshasa a une section de piston de 2 cm² côté commande et de 80 cm² côté charge : quelle force faut-il pour soulever une voiture de 1 200 kg ? (≈ 294 N, le poids d'un sac de 30 kg).

Barème par compétence : S'approprier 4, Réaliser 6, Valider 6, Communiquer 4 ; report des niveaux 1 à 4 de la grille du kit dans le bulletin.

Séance facultative A — Statistiques (50 minutes)

Reprendre les 30 chronométrages : diagramme en boîte (minimum, Q1, médiane, Q3, maximum), écart-type, effet d'une valeur aberrante (retirer la valeur la plus éloignée : que deviennent la moyenne et la médiane ?). Comparer la série de la classe à une série de comptages de file (personnes par minute) relevée en défi bonus : laquelle est la plus dispersée relativement à sa moyenne (σ/x̄) ? Discussion : quelle statistique décrit le mieux la période de la roue, et laquelle décrit le mieux l'affluence ?

Séance facultative B — Débat scientifique (30 minutes)

« Sur la Grande Roue on ne sent rien ; sur un manège rapide on est plaqué au siège. » Faire formuler la condition pour ressentir un poids apparent différent de 10 % : a_c ≥ 0,1 g, soit ω²R ≥ 0,98 m/s². Pour le rayon R de la fiche, quelle période faudrait-il ? Comparer avec la période mesurée, puis avec un carrousel de rayon 4 m qui tourne en 12 s (a_c ≈ 1,1 m/s², soit 11 % de g : on le sent). Conclure sur le rôle de R et de T.

Pour aller plus loin en RDC

• Hydrostatique et barrages : la pression au pied du barrage d'Inga pour une hauteur d'eau donnée ; pourquoi les murs sont plus épais en bas.
• Métrologie et marché : peser dix fois le même sac de foufou sur la balance du marché, calculer moyenne et étendue, discuter de l'erreur systématique d'une balance mal tarée et du coût en francs congolais sur un mois d'achats.

Suite du parcours

Physique du parc N2 en 2e année : chaleur et gaz au compresseur du stand de tir, optique et stéréoscopie au projecteur du Cinéma 5D, piles et oxydoréduction sur les batteries d'onduleur.

Sources programme : HS1-PHY-METROLOGIE-INCERTITUDES, HS1-PHY-LOIS-DE-NEWTON, HS1-PHY-HYDROSTATIQUE, HS1-MAT-VECTEURS-TRIGONOMETRIE, HS1-MAT-STATISTIQUES-DESCRIPTIVES.