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Activité 2.2
La mesure et l'incertitude
Cette activité,
porte sur l'utilisation dans une
simulation, de divers appareils de mesure
(règle, rapporteur,
chronomètre, hygromètre,
thermomètre) et sur
l'évaluation de l'incertitude sur
les valeurs mesurées.
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Ressources
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Simulation
Météo
Simulation
Incertitude
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Note au sujet des simulations
Les liens ci-dessus donnent
accès à la version en ligne
des simulations, qui fonctionnent dans
un fureteur; le module externe Adobe
Shockwave Player est requis. Vous pouvez
le télécharger à
partir du site
de Adobe. Dans la nouvelle
fenêtre qui ouvre quand vous cliquez
sur ce lien, cliquez sur le bouton
Télécharger dès
maintenant et suivez les
instructions.
Cependant, il se peut que
ces simulations ne fonctionnent pas avec
les versions récentes des fureteurs FireFox, Chrome ou
Internet Explorer. Si vous éprouvez
ce problème, vous pouvez employer
la version en mode local, disponible pour
téléchargement. Voici la
marche à suivre.
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En cliquant sur le lien
SCI1013-simulations.zip
avec le bouton droit, sélectionnez
l'option Enregistrer la cible du lien
sous..., en choisissant bien le
dossier où vous enregistrez le
fichier.
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Retrouvez le fichier sur
votre poste de travail, puis cliquez
dessus avec le bouton droit en choisissant
Extraire tout.
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Le dossier
SCI1013-simulations qui en
résulte contient quatre fichiers,
dont sci1013.exe, que vous
double-cliquez pour démarrer le
sélecteur de simulations.
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Dans le sélecteur,
vous cliquez sur le bouton de la
simulation que vous voulez employer (ici,
Météo ou
Incertitude).
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Vous pouvez déplacer
le dossier SCI1013-simulations
ailleurs sur votre poste de travail, ou
encore le copier sur un support externe
(disque dur, clé USB, nuage).
Cependant, vous devez vous assurer que les
quatre fichiers (dont les trois fichiers
auxiliaires incertitude.dcr,
meteo.dcr et meteoPlus.dcr)
sont toujours présents dans le
dossier, à côté du
fichier sci1013.exe.
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Lectures
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Lisez, si ce n'est
déjà fait, les textes de
base suivants :
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La
prise de données (texte B5)
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Le
cahier de laboratoire (texte B6)
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Précision,
justesse, incertitude et erreurs
systématiques sur les mesures
(texte B7)
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L'évaluation
de l'incertitude (texte B8)
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Consultez également
les textes portant sur le cahier de
laboratoire et sur l'incertitude dans la
section L'expérimentation
de la rubrique
Références
complémentaires.
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Consignes
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1.
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Exprimez, en indiquant son
incertitude, la valeur du diamètre
de la pièce de monnaie
illustrée ci-dessous.
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2.
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La figure ci-dessous
illustre la mesure de la largeur de 12
pièces de 1 cent
placées
côte-à-côte.
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Voici en gros plan les
extrémités de la
règle lors des deux mesures de ce
type, effectuées respectivement par
Henri (en haut) et Richard (en bas).
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Quelles sont les valeurs
(et leurs incertitudes) obtenues par Henri
et Richard, pour les 12 pièces?
Pour une pièce? Qui a raison?
Si on a confié une
série de mesures à celui qui
n'utilise pas correctement la
règle, est-on obligé de tout
recommencer?
Le site de la Monnaie
royale canadienne indique que le
diamètre des pièces de
1 cent est de 1,905 cm
(l'incertitude n'est pas indiquée).
Qu'est-ce que cela nous permet de conclure
au sujet de ces mesures?
[ corrigé ]
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Accédez maintenant
à la simulation Météo
(dans une nouvelle fenêtre, si vous
employez la version fureteur). Cette
simulation présente un
thermomètre et un combiné
thermomètre-hygromètre
photographiés à chaque heure
du jour et de la nuit, le 11 janvier et le
14 juin 2006. Notez que les photos sont
celles de véritables instruments,
de type assez courant (je les avais chez
moi, et vous en avez peut-être des
semblables).
Le petit contrôleur
en bas à gauche de la fenêtre
de la simulation permet de changer l'heure
de la journée (entre 0 h et
23 h), de même que la
journée.
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3.
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Exprimez, en indiquant leur
incertitude, les valeurs de la
température enregistrée sur
chaque thermomètre, ainsi que celle
de l'humidité relative, au
démarrage de la simulation, soit le
11 janvier à
12 h. Comment s'appelle la
méthode d'évaluation de
l'incertitude qu'on emploie
ici? D'où provient cette
incertitude? [ corrigé ]
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4.
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Observez et notez les
valeurs de la température et de
l'humidité tout au long de chacune
des deux journées. En comparant ces
mesures avec les valeurs
employées par la simulation,
décrivez les
caractéristiques de ces appareils
(résolution,
fidélité, précision,
justesse). [ corrigé ]
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5.
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a)
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À partir des
valeurs
suivantes de la température
maximale observée le 15 janvier (au
même endroit), exprimez à
l'aide d'une seule valeur, affectée
d'une incertitude, la température
maximale en ce lieu le 15 janvier pour la
période
2006-2015. [ corrigé ]
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b)
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À partir des
valeurs
suivantes de la température
maximale observée à divers
jours de janvier (toujours au même
endroit), exprimez à l'aide d'une
seule valeur, affecté d'une
incertitude, la température
maximale d'un jour de janvier pour la
période
1996-2015. [ corrigé ]
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Maintenant, accédez (dans une
nouvelle fenêtre, si vous employez
la version fureteur) à la
simulation Incertitude
. Cette simulation affiche un certain
nombre d'objets sur lesquels vous
effectuerez des mesures.
Démarrez votre
propre cahier de laboratoire, selon les
lignes directrices suggérées
dans le texte
B6. Vous y inscrirez toutes les
valeurs que vous mesurerez et les
commentaires pertinents à leur
compréhension.
Pour chacune des
caractéristiques de la liste
suivante, indiquez une seule valeur
(même si vous en avez mesuré
plusieurs), avec l'unité
appropriée et l'incertitude, en
expliquant d'où provient cette
incertitude, quel est son type, le cas
échéant, et comment vous
l'avez déterminée.
Cliquez
ici pour voir (dans une nouvelle
fenêtre) un exemple de manipulation
à réaliser avec la
simulation.
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6.
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La largeur du
thermomètre (en bas, à
gauche). [ corrigé ]
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7.
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La largeur de la forme
grise floue (un peu à gauche du
centre). [ corrigé ]
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8.
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Le diamètre de la
sphère verte (en bas, au
centre). [ corrigé ]
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9.
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Le diamètre des
sphères bleues (en bas, à
droite). [ corrigé ]
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10.
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Le plus petit angle du
triangle brun (en haut à
droite). [ corrigé ]
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11.
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La position la plus basse,
mesurée à partir du bas de
la fenêtre, atteinte par le pendule
bleu (boîte qui surgit
régulièrement, à
gauche). [ corrigé ]
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12.
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La période
d'oscillation du pendule bleu,
c'est-à-dire le temps
écoulé entre deux passages
successifs à sa position
extrême.
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Note :
répétez la mesure à
au moins dix reprises; faites de
même pour les points 13 et
14. [ corrigé ]
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13.
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La position la plus basse,
mesurée à partir du bas de
la fenêtre, atteinte par le pendule
rouge (à droite).
[ corrigé ]
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14.
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La période
d'oscillation du pendule
rouge. [ corrigé ]
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15.
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La température de la
pièce.
[ corrigé ]
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16.
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Le taux d'humidité
dans la pièce.
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