Un train roule entre des gares sur une voie droite. Prédisez où il s’arrête et quel est son déplacement, puis déplacez l’origine : toutes les positions changent, mais pas le déplacement.

PositionRepère

Jouer à Train sur la voie

Position: x = +700 m
Déplacement: Δx = x_f − xᵢ

JOUER MAINTENANT · 02

Ascenseur : distance ou déplacement ?

Un ascenseur s’arrête à plusieurs étages, du parking jusqu’en haut. Prédisez la distance parcourue et le déplacement, puis voyez le journal du trajet additionner chaque tronçon tandis que la flèche du déplacement relie seulement le départ et l’arrivée.

DistanceDéplacement

Jouer à Ascenseur

Distance: s = Σ|Δyᵢ|
Déplacement: Δy = y_f − yᵢ

JOUER MAINTENANT · 03

Promenade du chien : lisez le graphique de position

Un chien s’éloigne d’un banc, attend, puis revient en courant. Lisez sa position, son déplacement et sa distance sur le graphique position-temps, puis regardez le chien et le graphique avancer ensemble.

Graphiques position-tempsDistance et déplacement

Jouer à Promenade du chien

Position à un instant: x(8 s) = 4 m
Déplacement: Δx = x(t₂) − x(t₁)

JOUER MAINTENANT · 04

Vitesse et vecteur vitesse

Rattrapez une cible mobile ou faites circuler une particule sur une piste. Découvrez pourquoi parcourir plus de distance ne signifie pas toujours s’éloigner davantage du départ.

Labo de physiquePoursuite Pac-Man

Jouer à la simulation de vitesse

Vitesse moyenne: s̄ = d / t
Vitesse vectorielle moyenne: v̄ = Δr / t

JOUER MAINTENANT · 05

Suis la courbe : égale la vitesse

Un chariot doit suivre un graphique vitesse-temps cible. Lisez chaque pente, réglez l’accélération et voyez si votre tracé tombe sur la courbe ou s’en écarte.

L’accélération est une penteGraphiques vitesse-temps

Jouer à Suis la courbe

L’accélération est la pente: a = Δv ÷ Δt
Le déplacement est l’aire: Δx = aire sous v-t

JOUER MAINTENANT · 06

Les cloches de Galilée : sonner en rythme

Une bille roule sur une rampe en accélérant tout du long. Placez quatre cloches pour qu’elles sonnent à un rythme régulier, et entendez pourquoi des durées égales ne donnent pas des distances égales.

Accélération uniformeDistance et carré du temps

Jouer aux Cloches de Galilée

Distance depuis le repos: x = ½·a·t²
Écarts à rythme régulier: 1 : 3 : 5 : 7

JOUER MAINTENANT · 07

Arrêt sur la ligne : freiner juste à temps

Une voiture approche d’un feu rouge. Prédisez où freiner pour que le pare-chocs s’arrête pile sur la ligne : sur route sèche, sur route mouillée ou après un temps de réaction.

DécélérationDistance de freinage

Jouer à Arrêt sur la ligne

Distance de freinage: d = v₀² ÷ (2a)
Durée de freinage: t = v₀ ÷ a

JOUER MAINTENANT · 08

Test de chute : combien de temps pour tomber ?

Lâchez une bille d’un balcon, d’une tour ou sur la Lune. Prédisez quand elle touche le sol et à quelle vitesse, et découvrez si une bille lourde tombe plus vite qu’une légère.

Chute libreAccélération de la pesanteur

Jouer à Test de chute

Chute depuis le repos: h = ½·g·t²
Vitesse d’impact: v = √(2·g·h)

JOUER MAINTENANT · 09

Lancer vertical : monter et redescendre

Lancez une balle vers le haut et rattrapez-la. Prédisez combien de temps elle monte, jusqu’où elle va, et son accélération au sommet, où elle s’arrête un instant.

Lancer verticalAccélération au sommet

Jouer à Lancer vertical

Durée de montée: t = v₀ ÷ g
Hauteur maximale: y_max = v₀² ÷ (2g)

JOUER MAINTENANT · 10

La règle de réaction : attrapez-la !

Quelqu’un lâche une règle et vous l’attrapez. La graduation où vos doigts se referment donne votre temps de réaction grâce à d = ½·g·t². Prédisez les prises, puis mesurez votre propre réaction.

Chute libreTemps de réaction

Jouer à La règle de réaction

Hauteur de chute: d = ½·g·t²
Temps de réaction: t = √(2d ÷ g)

JOUER MAINTENANT · 11

Module lunaire : écomission

Guide un module en chute vers une plateforme d’atterrissage. Découvre comment des accélérations opposées ralentissent la descente et tente un atterrissage économe sur la Lune ou Mars.

GravitéAccélération

Jouer à Module lunaire

Accélération résultante: a = aₜ − g
Vitesse au contact: |v| ≤ 1.5 m/s

Mesure

2 jeux

JOUER MAINTENANT · 12

Pipeline d’unités : défi du réservoir

Convertissez litres, centimètres cubes, minutes et heures avec la méthode des facteurs de conversion. Prédisez le temps de remplissage, puis laissez le réservoir trancher.

Conversion d’unitésUnités SI

Jouer à Pipeline d’unités

Temps de remplissage: t = V ÷ Q
Volume: 1 m³ = 1000 L

JOUER MAINTENANT · 13

Sonde des puissances de dix

Suivez une bactérie, un signal nerveux, un avion de ligne et la lumière elle-même. Convertissez les préfixes SI, prédisez chaque durée en notation scientifique et parcourez les échelles avec la règle.

Préfixes SINotation scientifique

Jouer à Sonde des puissances de dix

Durée du trajet: t = d ÷ v
Micro: 1 μm = 10⁻⁶ m

Formules

3 jeux

JOUER MAINTENANT · 14

La balance des formules : pareil des deux côtés

Une équation est une balance. Multipliez, divisez, élevez au carré ou prenez la racine des deux côtés pour isoler l’inconnue, puis pesez. Faites-le d’un seul côté et la balance penche.

Transformer des formulesOpérations réciproques

Jouer à La balance des formules

Pareil des deux côtés: d ÷ v = v·t ÷ v
Isolée: t = d ÷ v

JOUER MAINTENANT · 15

La machine inverse : remonter la formule

Toute formule est une machine : l’inconnue entre, des opérations agissent dessus et le résultat sort. Construisez la machine inverse, en commençant par la dernière étape, et faites-y repasser la valeur connue.

Opérations réciproquesOrdre des opérations

Jouer à La machine inverse

À l’endroit: t → × v → + x₀ → x
À l’envers: x → − x₀ → ÷ v → t

JOUER MAINTENANT · 16

Essai de formules : quelle transformation marche ?

Quatre formules transformées, une seule juste. Vérifiez les unités, choisissez-en une et regardez une voiture rouler avec votre valeur : elle s’arrête sur la ligne, ou pas.

Transformer des formulesVérifier les unités

Jouer à Essai de formules

Les unités doivent concorder: [d ÷ v] = m ÷ (m/s) = s
Puis on teste: t = d ÷ v

Vecteurs

3 jeux

JOUER MAINTENANT · 17

Traversée de la rivière : battre le courant

Pilotez un bateau sur une rivière qui coule. Découvrez pourquoi viser tout droit vous fait dériver, et trouvez le cap qui annule le courant.

Addition de vecteursVitesse relative

Jouer à Traversée de la rivière

Vitesse par rapport au sol: v = v_b + v_w
Traversée en ligne droite: s · sin θ = u

JOUER MAINTENANT · 18

Course d’orientation : trouvez le raccourci

Suivez un parcours à la boussole étape par étape. La distance parcourue ne fait qu’augmenter, alors que le déplacement peut revenir à zéro : prédisez le raccourci.

Scalaires et vecteursDéplacement

Jouer à Course d’orientation

Déplacement: Δr = r₁ + r₂ + …
Distance: s = Σ|rᵢ| ≥ |Δr|

JOUER MAINTENANT · 19

Table des forces : équilibrez l’anneau

Équilibrez un anneau tiré par des fils dans différentes directions. Découvrez pourquoi 3 N et 4 N demandent exactement 5 N pour s’annuler, et pourquoi seule la somme vectorielle compte.

Somme vectorielleÉquilibre

Jouer à Table des forces

Équilibre: ΣF = 0
Normes: |F₁ + F₂| ≤ |F₁| + |F₂|

Trigonométrie

3 jeux

JOUER MAINTENANT · 20

Rampe de chargement : trouvez le côté manquant

Un treuil hisse des caisses sur une rampe jusqu’à une plateforme. Repérez le côté opposé, le côté adjacent et l’hypoténuse, choisissez le bon rapport et calculez le côté qui ajuste la rampe.

Triangles rectanglesSinus, cosinus, tangente

Jouer à Rampe de chargement

Hauteur de la rampe: h = L · sin θ
Rapports: tan θ = opp ÷ adj

JOUER MAINTENANT · 21

Phare et bateaux : visez avec les angles

Un drone de secours vole en ligne droite entre le phare et un bateau. Trouvez l’angle de dépression ou d’élévation avec les fonctions réciproques, ou la distance à partir d’un angle connu.

Fonctions réciproquesÉlévation et dépression

Jouer à Phare et bateaux

Angle de dépression: tan α = H ÷ D
Retour à l’angle: α = tan⁻¹(H ÷ D)

JOUER MAINTENANT · 22

Grande roue : sinus et cosinus sur un cercle

Une nacelle de grande roue dépasse 90°, 180° et au-delà. Prédisez ses coordonnées avec le cosinus et le sinus, trouvez les signes dans chaque quadrant et gagnez un bonus avec les valeurs exactes.

Cercle trigonométriqueAngles remarquables

Jouer à Grande roue

Position de la nacelle: (R · cos θ, R · sin θ)
Angle remarquable: sin 30° = 1/2

Mouvement parabolique

3 jeux

JOUER MAINTENANT · 23

Largage : touchez la cible depuis l’avion

Un avion en vol horizontal largue une caisse de ravitaillement. Prédisez sa durée de chute, le point de largage et sa vitesse à l’impact, et regardez-la rester juste sous l’avion jusqu’au sol.

Tir horizontalMouvements indépendants

Jouer à Largage

Durée de chute: t = √(2h ÷ g)
Avancée horizontale: d = v·t

JOUER MAINTENANT · 24

Deux ombres : un lancer, deux mouvements simples

Lancez une balle en biais et suivez ses deux ombres : celle du sol glisse à vitesse constante, celle du mur monte, s’arrête et redescend. Prédisez les composantes, le sommet et le point de chute.

Composantes de la vitesseTir oblique

Jouer à Deux ombres

Ombre au sol: x = v₀·cos θ·t
Ombre au mur: y = v₀·sin θ·t − ½·g·t²

JOUER MAINTENANT · 25

Canon de portée : trouvez l’angle

Tirez au canon sous différents angles. Prédisez la portée, trouvez le second angle qui retombe au même endroit, et calculez l’angle ou la vitesse qui touche une cible.

PortéeAngle de tir

Jouer à Canon de portée

Portée: R = v₀²·sin(2θ) ÷ g
Même portée: θ₂ = 90° − θ

Mouvement circulaire

3 jeux

JOUER MAINTENANT · 26

Manège : chronométrez le tour

Montez sur un manège qui tourne à vitesse constante. Prédisez la période, la vitesse angulaire, la vitesse d’un cheval et l’angle dont il tourne.

Mouvement circulaire uniformeVitesse angulaire

Jouer à Manège

Vitesse angulaire: ω = 2π ÷ T
Vitesse: v = ω·r

JOUER MAINTENANT · 27

Station tournante : gravité artificielle

Faites tourner une station spatiale en anneau. Prédisez l’accélération centripète de l’astronaute sur le bord et trouvez la vitesse de rotation, la période ou le rayon qui recréent la pesanteur de la Terre ou de la Lune.

Accélération centripèteGravité artificielle

Jouer à Station tournante

Accélération centripète: a = v² ÷ r = ω²·r
Période: T = 2π·√(r ÷ a)

JOUER MAINTENANT · 28

Virage serré : adhérence et vitesse

Lancez une voiture dans un virage plat. Prédisez la force centripète que les pneus doivent fournir, la vitesse maximale sur route sèche et mouillée, et le virage le plus serré. Sans assez d’adhérence, la voiture s’élargit.

Force centripèteFrottement

Jouer à Virage serré

Force centripète: F = m·v² ÷ r
Vitesse maximale: v = √(μ·g·r)

Gravitation

3 jeux

JOUER MAINTENANT · 29

Balance planétaire : la pesanteur sur d’autres mondes

Pesez une astronaute et lâchez une bille sur la Lune, Mars et une super-Terre. Prédisez g = G·M ÷ R², le poids W = m·g et la durée de chute, et découvrez ce que devient la masse.

Pesanteur à la surfacePoids et masse

Jouer à Balance planétaire

Pesanteur à la surface: g = G·M ÷ R²
Poids: W = m·g

JOUER MAINTENANT · 30

Lancement de satellite : gravitation universelle

Lancez un satellite au-dessus de la Terre. Utilisez F = G·M·m ÷ r² pour prédire l’attraction, voyez pourquoi deux fois plus loin donne un quart de la force, et trouvez la vitesse d’une orbite circulaire et le rayon géostationnaire.

Gravitation universelleOrbites

Jouer à Lancement de satellite

Gravitation universelle: F = G·M·m ÷ r²
Orbite circulaire: v = √(G·M ÷ r)

JOUER MAINTENANT · 31

Horloge de Kepler : périodes et distances

Chronométrez la Lune, les lunes de Jupiter, la Terre et Mars. Utilisez la troisième loi de Kepler, T² = 4π²·r³ ÷ (G·M), pour prédire des périodes, peser Jupiter et trouver la distance de Mars au Soleil.

Troisième loi de KeplerPériode orbitale

Jouer à Horloge de Kepler

Troisième loi de Kepler: T² = 4π²·r³ ÷ (G·M)
Masse à partir d’une orbite: M = 4π²·r³ ÷ (G·T²)

Statique

3 jeux

JOUER MAINTENANT · 32

Enseigne suspendue : équilibrez les câbles

Suspendez une enseigne de 20 kg à un ou deux câbles. Utilisez ΣF = 0 pour trouver chaque tension, découvrez pourquoi des câbles presque plats tirent bien plus fort, et trouvez l’angle le plus plat possible.

Équilibre des forcesTension

Jouer à Enseigne suspendue

Verticalement: Σ T·sin θ = W
Horizontalement: T₁·cos θ₁ = T₂·cos θ₂

JOUER · 33

Bascule : équilibre les moments

Équilibre une bascule avec des enfants de masses différentes. Utilise le moment, poids × distance, pour les placer, compte le poids de la planche elle-même et trouve la force qui soulève une brouette.

Moment d'une forceÉquilibre de rotation

Jouer à Bascule

Équilibre: ΣM = 0
Moment: M = m·g·d

JOUER · 34

Pont de planche : partage la charge

Charge une planche posée sur deux appuis. Utilise ΣF = 0 et ΣM = 0 pour trouver la réaction de chaque appui, compte le poids de la planche et trouve où un appui cède ou la planche bascule.

Équilibre statiqueRéactions d'appui

Jouer à Pont de planche

Forces: R_A + R_B = W + w
Moments par rapport à A: R_B·L = W·x + w·x_c

Moment et rotation

5 jeux

JOUER · 35

Boulon grippé : tourne la clé

Débloque un boulon rouillé avec une clé. Trouve la poussée nécessaire, vois pourquoi l'angle compte, allonge le levier avec un tube et partage l'effort entre deux mains.

Moment d'une forceBras de levier

Jouer à Boulon grippé

Moment: τ = F·r·sin φ
Bras de levier: d = r·sin φ

JOUER · 36

Chariot élévateur : ne bascule pas

Soulève des palettes sans faire basculer un chariot élévateur. Compare le moment de la charge à celui du chariot par rapport aux roues avant, ajoute un contrepoids et lis une plaque de capacité.

BasculementMoments

Jouer à Chariot élévateur

Limite de basculement: m·x ≤ M·b
Roues arrière: R_r·L = M·g·b − m·g·x

JOUER · 37

Course de volants : dans le bon rythme

Lance des volants d'inertie en tirant une corde. Utilise τ = I·α pour chronométrer la mise en rotation, régler la traction, placer des masses sur les rayons, vaincre le frottement du palier et garder une vitesse constante.

Accélération angulaireMoment d'inertie

Jouer à Course de volants

Loi de la rotation: τ_net = I·α
Moment d'inertie: I = I₀ + Σ m·r²

JOUER · 38

Labo des leviers : les trois genres

Essaie les trois genres de levier : un pied-de-biche, un casse-noix et ton propre avant-bras. Trouve l'effort, place le point d'appui et découvre pourquoi certains leviers multiplient la force et d'autres la coûtent.

LeviersAvantage mécanique

Jouer à Labo des leviers

Loi du levier: F·d_e = W·d_l
Avantage mécanique: MA = d_e ÷ d_l

JOUER · 39

Force contre distance : ce qu'échange un levier

Les leviers ne donnent pas de travail gratuit. Regarde un pied-de-biche échanger de la force contre de la distance et un avant-bras échanger de la force contre de la vitesse, et vérifie que le travail fourni égale le travail obtenu.

LeviersTravail

Jouer à Force contre distance

Distances: s_l ÷ s_e = d_l ÷ d_e
Travail fourni = obtenu: F·s_e = W·s_l

Centre de masse

3 jeux

JOUER · 40

Point d'équilibre : trouve le centre de masse

Équilibre une barre chargée sur un appui étroit. Pondère chaque position par sa masse pour trouver le centre de masse, compte le poids de la barre et place ou choisis une masse pour déplacer le point d'équilibre.

Centre de masseÉquilibre

Jouer à Point d'équilibre

Centre de masse: x_cm = Σm·x ÷ Σm
Horizontale si: |x_cm − x_s| ≤ 1 cm

JOUER · 41

Mobile suspendu : chaque tige à l'horizontale

Construis un mobile qui pend à l'horizontale. Trouve le point d'équilibre de chaque tige, travaille de bas en haut et traite tout un mobile inférieur comme une seule masse suspendue au bout d'une tige.

Centre de masseObjets composés

Jouer à Mobile suspendu

Nœud: x_k = Σm·x ÷ Σm
Mobile inférieur: M = m₁ + m₂ + …

JOUER · 42

Tour de blocs : au-delà du bord

Empile des blocs au-delà du bord d'une table sans qu'ils basculent. Garde le centre de masse de chaque partie de la pile au-dessus du bloc du dessous, ajoute un contrepoids et découvre jusqu'où une pile peut pencher.

Centre de masseBasculement

Jouer à Tour de blocs

Tient tant que: x_cm ≤ x_edge
Portée à trois blocs: L·(1/2 + 1/4 + 1/6)

Fluides

9 jeux

JOUER · 43

Détective de la masse volumique : la couronne d'Archimède

Descends un bloc, une couronne et une pierre dans une éprouvette. Lis le volume grâce à l'eau qui monte, calcule ρ = m ÷ V et découvre si la couronne du roi est en or pur.

Masse volumiqueArchimède

Jouer à Détective de la masse volumique

Masse volumique: ρ = m ÷ V
Volume par l'eau: V = V₁ − V₀

JOUER · 44

Chargement de la péniche : la poussée d'Archimède

Une péniche qui flotte s'enfonce jusqu'à ce que l'eau qu'elle déplace pèse autant qu'elle. Prédis sa ligne de flottaison, charge-la au maximum sans qu'elle prenne l'eau et découvre pourquoi les bateaux en acier flottent.

Poussée d'ArchimèdeFlottaison

Jouer à Chargement de la péniche

Poussée d'Archimède: F_b = ρ·g·V
Tirant d'eau: d = M ÷ (ρ·A)

JOUER · 45

Plongée profonde : la pression sous l'eau

Chaque tranche de 10 m d'eau de mer ajoute environ une atmosphère. Lis le manomètre d'un sous-marin, trouve la plongée la plus profonde que supporte sa coque et vois pourquoi en eau douce il peut descendre un peu plus bas.

PressionProfondeur

Jouer à Plongée profonde

Pression: p = p₀ + ρ·g·h
Force sur une surface: F = Δp·A

JOUER · 46

Peser sous l'eau : ce que perd le dynamomètre

Suspends une pierre à un dynamomètre et descends-la dans un vase rempli jusqu'au bec. Le dynamomètre perd exactement le poids de l'eau qui déborde. Sers-t'en pour trouver des volumes, des masses volumiques et des profondeurs, dans l'eau et dans l'huile.

Principe d'ArchimèdePoussée d'Archimède

Jouer à Peser sous l'eau

Poussée d'Archimède: F_b = ρ·g·V
Lecture du dynamomètre: R = W − F_b

JOUER · 47

Ballons qui montent : Archimède dans les airs

L'air pousse aussi vers le haut, avec le poids de l'air que le ballon déplace. Compte des ballons pour un jouet, charge et chauffe une montgolfière, décolle d'une montagne et soulève une personne à l'hélium.

Principe d'ArchimèdePoussée dans l'air

Jouer à Ballons qui montent

Force ascensionnelle: F = (ρ_air − ρ_in)·g·V
Air chaud: ρ·T = const

JOUER · 48

Tube de Torricelli : peser l'air

Retourne un tube de mercure et regarde l'air soutenir une colonne de 760 mm. Trouve la pression de l'air en montagne et découvre pourquoi une pompe aspirante ne monte pas l'eau à plus de 10 m environ.

Pression atmosphériqueBaromètre

Jouer à Tube de Torricelli

Baromètre: p = ρ·g·h
Hauteur de colonne: h = p ÷ (ρ·g)

JOUER · 49

Hémisphères de Magdebourg : l'air serre fort

En 1654, deux attelages de chevaux n'ont pas pu séparer deux moitiés de métal tenues seulement par l'air. Trouve la force, F = Δp·π·r², compte les chevaux et vois ce que tient une ventouse.

Pression atmosphériqueForce

Jouer à Hémisphères de Magdebourg

Force pressante: F = (p_out − p_in)·A
Surface: A = π·r²

JOUER · 50

Élévateur hydraulique : le principe de Pascal

L'huile transmet la pression à tout l'élévateur, donc une petite poussée sur un petit piston soulève une voiture sur un grand. Trouve la poussée, la taille des pistons et la longue course du petit piston.

Principe de PascalHydraulique

Jouer à Élévateur hydraulique

Même pression: F₁ ÷ A₁ = F₂ ÷ A₂
Même volume: A₁·d₁ = A₂·d₂

JOUER · 51

Tonneau de Pascal : un verre d'eau fait sauter un couvercle

Verse un peu d'eau dans un tube haut et fin posé sur un tonneau fermé, et la pression atteint toutes les parois. Trouve la hauteur qui fait sauter le couvercle, vois pourquoi la largeur du tube ne compte pas et enfonce un bouchon dans une bouteille.

Principe de PascalPression

Jouer à Tonneau de Pascal

Pression ajoutée: Δp = ρ·g·h
Force sur une surface: F = Δp·A

Fluides en mouvement

3 jeux

JOUER · 52

Réservoir percé : jusqu'où va le jet ?

Plus l'eau est profonde dans un réservoir, plus elle jaillit vite : v = √(2·g·h). Prédis la vitesse d'un jet et son point de chute, remplis un seau, et trouve les deux trous dont les jets tombent ensemble et celui qui lance le plus loin.

Principe de BernoulliLoi de Torricelli

Jouer à Réservoir percé

Vitesse du jet: v = √(2·g·h)
Distance de chute: x = 2·√(h·y)

JOUER · 53

Tube de Venturi : eau plus rapide, pression plus basse

Là où un tuyau se rétrécit, l'eau accélère et sa pression baisse. Prédis le jet d'une buse, la baisse de pression dans un rétrécissement, les colonnes d'un venturimètre, le débit qu'il mesure et la hauteur d'une fontaine.

Principe de BernoulliContinuité

Jouer à Tube de Venturi

Continuité: A₁·v₁ = A₂·v₂
Bernoulli: Δp = ½·ρ·(v₂² − v₁²)

JOUER · 54

Tempête et aile : l'air rapide tire vers le haut

L'air rapide a une pression plus basse. Prédis la traction d'une tempête sur un toit et le vent qui l'arrache, la portance d'une aile, la vitesse de décollage d'un avion et le souffle qui soulève une bande de papier.

Principe de BernoulliPortance

Jouer à Tempête et aile

Différence de pression: Δp = ½·ρ·(v_over² − v_under²)
Portance: F = Δp·A

Oscillations

10 jeux

JOUER · 55

Studio métronome : garde le rythme

La période est la durée d'un battement ; la fréquence, le nombre de battements par seconde. Transforme tempos en périodes et hertz en battements par minute, compte des battements et trouve quand deux métronomes coïncident.

PériodeFréquence

Jouer à Studio métronome

Fréquence: f = 1 ÷ T
Tempo: tempo = 60·f

JOUER · 56

Bouée du port : quelle est l'ampleur ?

L'amplitude, c'est l'écart d'une oscillation par rapport au milieu, pas du haut jusqu'en bas. Lis-la sur un poteau du port, vérifie que la période ne change pas avec une houle plus forte, et trouve distances, vitesses et énergies.

AmplitudeMouvement harmonique simple

Jouer à Bouée du port

Amplitude: A = (y_max − y_min) ÷ 2
Vitesse maximale: v_max = 2π·A ÷ T

JOUER · 57

Sismographe : lis la secousse

Un sismographe transforme une secousse en ligne ondulée. Lis la période avec l'écart entre les pics et la vitesse du papier, la fréquence avec la période, et la minuscule amplitude du sol avec le tracé agrandi.

Période et fréquenceAmplitude

Jouer à Sismographe

Période: T = d ÷ u
Amplitude: x = a ÷ M

JOUER · 58

Horloge à pendule : garde la cadence

La période d'un pendule ne dépend que de sa longueur et de g : T = 2π·√(L ÷ g). Construis un pendule qui bat la seconde, chronomètre un pendule court, double une période, fais-en osciller un sur la Lune et essaie une masse plus lourde.

Mouvement harmonique simplePendule

Jouer à Horloge à pendule

Période: T = 2π·√(L ÷ g)
Pendule battant la seconde: L = g·(T ÷ 2π)²

JOUER · 59

Boulet de démolition : la hauteur devient vitesse

Un boulet qui oscille échange hauteur et vitesse : v = √(2·g·h). Trouve des vitesses en bas et à mi-chemin, la traction du câble, le clou de Galilée et l'angle qu'atteint une vitesse donnée.

PenduleConservation de l'énergie

Jouer à Boulet de démolition

Descente: h = L·(1 − cos θ)
Vitesse: v = √(2·g·h)

JOUER · 60

Grandes oscillations et amortissement : ce que la formule oublie

T = 2π·√(L ÷ g) n'est exacte que pour de toutes petites oscillations, et les vraies s'amortissent. Trouve la période d'une grande oscillation, l'erreur d'une horloge, la décroissance d'une oscillation, sa demi-vie et l'énergie perdue.

PenduleAmortissement

Jouer à Grandes oscillations et amortissement

Petites oscillations: T₀ = 2π·√(L ÷ g)
Amortissement: θₙ = θ₀·kⁿ

JOUER · 61

Ressort rebondissant : étire, rebondis, recommence

Un ressort tire en arrière avec k·x, et une masse accrochée rebondit avec T = 2π·√(m ÷ k). Trouve un allongement, une période, un ressort, une vitesse maximale et une période à partir de l'allongement seul.

Mouvement harmonique simpleLoi de Hooke

Jouer à Ressort rebondissant

Loi de Hooke: F = k·x
Période: T = 2π·√(m ÷ k)

JOUER · 62

Atelier des ressorts : côte à côte ou bout à bout ?

Des ressorts côte à côte se partagent la charge et sont plus raides ; bout à bout, chacun la porte entière et l'ensemble est plus souple. Prédis des allongements, la raideur d'un demi-ressort et d'une paire mixte, et un rebond.

Loi de HookeRessorts combinés

Jouer à Atelier des ressorts

Côte à côte: k = k₁ + k₂
Bout à bout: 1/k = 1/k₁ + 1/k₂

JOUER · 63

Lanceur à ressort : comprime, stocke, lâche

Un ressort comprimé stocke ½·k·x² et le transmet quand on le lâche. Lance une bille et une fusée, vise une plateforme, vois l'effet d'une compression doublée et arrête un chariot avec un ressort.

Énergie élastiqueConservation de l'énergie

Jouer à Lanceur à ressort

Énergie stockée: E = ½·k·x²
Lancer: v = x·√(k ÷ m)

JOUER · 64

Balançoire et résonance : pousse au bon moment

Un oscillateur échange du mouvement contre de l'énergie stockée et inversement, et de petites poussées à son rythme créent une grande oscillation. Règle les poussées d'une balançoire, trouve vitesses et énergies, et les bosses qui font résonner une voiture.

Mouvement harmonique simpleRésonance

Jouer à Balançoire et résonance

Énergie: E = ½·k·A²
Résonance: f_push = f₀

Ondes

27 jeux

JOUER · 65

Impulsion sur la corde : qu'est-ce qui voyage dans une onde ?

Une onde transporte une forme et de l'énergie, alors que la corde ne fait que monter et descendre. Chronomètre une impulsion, vois un ruban rester sur place, lis l'amplitude, additionne deux impulsions et attrape un écho.

Qu'est-ce qu'une ondeAmplitude

Jouer à Impulsion sur la corde

Vitesse de l'onde: v = d ÷ t
Les impulsions s'additionnent: y = y₁ + y₂

JOUER · 66

Ronds dans l'eau : pourquoi les ondes rétrécissent en s'étalant

L'onde d'un caillou rétrécit à mesure que son cercle grandit, car la même énergie se partage sur un cercle de plus en plus long. Trouve la hauteur au loin, l'énergie par mètre, l'endroit où elle tombe à 1 cm, et compare une onde droite.

AmplitudeÉnergie d'une onde

Jouer à Ronds dans l'eau

Onde qui s'étale: A ∝ 1 ÷ √r
Énergie et hauteur: E ∝ A²

JOUER · 67

Puissance sur une corde : quelle énergie transporte une onde ?

Une onde transporte de l'énergie le long d'une corde jusqu'à un absorbeur au bout. Double l'amplitude, double aussi la fréquence, calcule les watts, trouve l'amplitude qui garde la même puissance et essaie une corde plus lourde.

AmplitudePuissance d'une onde

Jouer à Puissance sur une corde

Puissance d'une onde: P = ½·μ·ω²·A²·v
Les carrés comptent: P ∝ A²·f²

JOUER · 68

Cuve à ondes : mesurer une longueur d'onde

Une barre frappe l'eau 8 fois par seconde et envoie des vaguelettes droites dans la cuve. Compte les intervalles entre crêtes, lis une photo à mi-échelle, trouve la vitesse avec v = f·λ, ralentis les vaguelettes sur le haut-fond et chronomètre-les.

Longueur d'ondeMesurer des ondes

Jouer à Cuve à ondes

Compter les intervalles: λ = d ÷ (n − 1)
Relation des ondes: v = f·λ

JOUER · 69

Machine à ondes : longueur d'onde, fréquence et vitesse

Un moteur secoue un bout d'une corde et la remplit d'ondes. Compte-les pour trouver la longueur d'onde, relie-la à la fréquence avec v = f·λ, secoue plus vite, mesure la période sur une perle et essaie une plus grande amplitude.

Longueur d'ondeFréquence et période

Jouer à Machine à ondes

Relation des ondes: v = f·λ
Période: T = 1 ÷ f

JOUER · 70

Accordeur de cordes : fréquence et hauteur du son

La note d'une corde, c'est sa fréquence, f = v ÷ (2·L). Trouve la note d'une corde de guitare, divise sa longueur par deux pour une octave, appuie pour une autre note, tends-la et chronomètre une vibration, avec un accordeur pour vérifier.

FréquenceSon et hauteur

Jouer à Accordeur de cordes

Fréquence d'une corde: f = v ÷ (2·L)
Octave: L ÷ 2 → 2·f

JOUER · 71

Figer au stroboscope : attraper une fréquence avec des éclairs

Un stroboscope éclaire une onde en mouvement un instant, encore et encore. Un éclair par cycle et elle se fige ; un peu décalé et elle glisse à f − f_s. Fige une onde, lis son glissement, mesure une fréquence, arrête une roue et trouve une vitesse.

FréquenceEffet stroboscopique

Jouer à Figer au stroboscope

Fréquence vue: f_seen = f − f_s
Figée par les éclairs: f_s = f

JOUER · 72

L'attente du surfeur : la période d'une onde

Un surfeur qui attend au même endroit monte sur chaque crête qui passe, une fois par période, T = λ ÷ v. Chronomètre l'attente, compte les vagues par minute, trouve la vitesse et l'écart de la houle et passe de la période à la fréquence.

PériodeVagues de l'océan

Jouer à L'attente du surfeur

Période: T = λ ÷ v
Fréquence: f = 1 ÷ T

JOUER · 73

L'horloge des marées : la période des marées

Dans un port, la mer monte et descend avec une période d'environ 12 h 25 min. Chronomètre quatre marées, trouve la basse mer, compte les pleines mers d'une journée, vois pourquoi la pleine mer arrive 50 minutes plus tard chaque jour et trouve la longueur d'onde de la marée.

PériodeMarées

Jouer à L'horloge des marées

Période: T = 12 h 25 min
Longueur d'onde: λ = v·T

JOUER · 74

Labo de tension des cordes : la vitesse d'une onde sur une corde

Une impulsion sur une corde tendue avance à v = √(F ÷ μ) : plus vite avec plus de tension, moins vite sur une corde plus lourde. Trouve sa vitesse, vois pourquoi quadrupler la tension ne fait que la doubler, trouve la tension nécessaire et chronomètre une traversée.

Vitesse d'ondeCordes

Jouer au Labo de tension des cordes

Vitesse: v = √(F ÷ μ)
Tension: F = μ·v²

JOUER · 75

La course du tsunami : la profondeur fixe la vitesse d'une vague

Un tsunami est si long que toute la profondeur de la mer bouge avec lui, et sa vitesse vaut v = √(g·h). Trouve sa vitesse au large, convertis-la en km/h, chronomètre une traversée de 2000 km, vois-le ralentir près de la côte et déduis la profondeur.

Vitesse d'ondeTsunamis

Jouer à La course du tsunami

Vitesse: v = √(g·h)
Profondeur: h = v² ÷ g

JOUER · 76

Labo du ressort : ondes transversales et longitudinales

Secoue un ressort de côté : chaque spire bouge en travers, c'est une onde transversale. Pousse-le et tire-le : chaque spire bouge dans sa longueur et se resserre en compressions, c'est une onde longitudinale. Trouve l'angle du mouvement, l'écart des compressions et leur vitesse.

Transversales et longitudinalesRessort

Jouer au Labo du ressort

Vitesse d'onde: v = f·λ
Compressions: λ = v ÷ f

JOUER · 77

Séisme P et S : deux sortes d'ondes sismiques

Un séisme envoie une onde P longitudinale et rapide et une onde S transversale et plus lente. L'écart entre elles dit à une station à quelle distance a eu lieu le séisme. Trouve cette distance, les heures d'arrivée, la secousse de l'onde S et sa vitesse.

Transversales et longitudinalesSéismes

Jouer à Séisme P et S

Distance: d = Δt ÷ (1/v_S − 1/v_P)
Écart d'arrivée: Δt = d ÷ v_S − d ÷ v_P

JOUER · 78

Sondeur à écho : des distances grâce aux échos

Un écho est un son qui a rebondi : il parcourt donc la distance deux fois, d = v·t ÷ 2. Sonde le fond de la mer, trouve le papillon d'une chauve-souris, chronomètre l'écho d'une falaise, mesure la vitesse du son dans l'eau de mer et repère un banc de poissons.

RéflexionSonar et échos

Jouer à Sondeur à écho

Distance: d = v·t ÷ 2
Durée de l'écho: t = 2d ÷ v

JOUER · 79

Rebonds de vagues : comment les ondes se réfléchissent

Une vaguelette quitte un mur sous le même angle qu'à l'arrivée. Une impulsion sur une corde revient à l'envers d'une extrémité fixée et à l'endroit d'une extrémité libre. Trouve l'angle de sortie, vise une bande, prédis le sens de chaque impulsion et chronomètre un aller-retour.

RéflexionVaguelettes et cordes

Jouer à Rebonds de vagues

Angle de sortie: θ_out = θ_in
Extrémité fixe: y_back = −y

JOUER · 80

Plage peu profonde : des vagues qui tournent

Les vagues ralentissent en eau peu profonde. Leur fréquence ne change pas, donc leur longueur d'onde raccourcit, et si elles arrivent en biais elles tournent : c'est la réfraction. Trouve la nouvelle longueur d'onde, la fréquence, l'angle, la vitesse et la profondeur au-dessus d'un banc de sable.

RéfractionVagues

Jouer à Plage peu profonde

Longueur d'onde: λ₂ = λ₁·v₂ ÷ v₁
Loi de Snell-Descartes: sin θ₁ ÷ sin θ₂ = v₁ ÷ v₂

JOUER · 81

Pêche au harpon : la lumière qui se courbe dans l'eau

La lumière est plus lente dans l'eau, donc elle dévie en traversant la surface : n₁·sin θ₁ = n₂·sin θ₂. Un poisson paraît moins profond qu'il ne l'est. Trouve sa vraie profondeur, l'angle d'un laser dans l'eau, où viser, l'indice d'un liquide et l'angle limite.

RéfractionLumière

Jouer à Pêche au harpon

Loi de Snell-Descartes: n₁·sin θ₁ = n₂·sin θ₂
Vraie profondeur: d = n·d_seen

JOUER · 82

Deux haut-parleurs : points forts et silencieux

Deux haut-parleurs jouant la même note remplissent une pièce de points forts et silencieux. C'est silencieux là où l'un est une demi-onde plus loin que l'autre : Δd = (n + ½)·λ. Trouve des points silencieux et forts, une fréquence, une longueur d'onde et l'effet d'un haut-parleur inversé.

InterférencesSon

Jouer à Deux haut-parleurs

Points silencieux: Δd = (n + ½)·λ
Points forts: Δd = n·λ

JOUER · 83

Accordeur à battements : des notes qui ondulent

Deux notes de hauteur proche passent en phase puis en opposition, et le son enfle et faiblit |f₁ − f₂| fois par seconde. Les accordeurs écoutent les battements ralentir puis s'arrêter. Trouve une fréquence de battement, un réaccordage, le temps entre battements, trop haut ou trop bas, et un écart de hauteur.

BattementsSon

Jouer à Accordeur à battements

Fréquence des battements: f_b = |f₁ − f₂|
Temps entre battements: T_b = 1 ÷ f_b

JOUER · 84

Passe du port : des vagues qui s'étalent

Les vagues s'étalent après une ouverture, surtout quand elle mesure environ une longueur d'onde. Loin derrière, la première direction calme vérifie sin θ = λ ÷ a. Trouve des directions calmes, l'ouverture qui calme un bateau, une longueur d'onde, et quand les vagues remplissent tout le port.

DiffractionVagues

Jouer à Passe du port

Première direction calme: sin θ = λ ÷ a
Longueur d'onde: λ = v·T

JOUER · 85

Fente laser : la lumière qui s'étale

La lumière qui passe par une fente étroite s'étale en une tache brillante bordée de franges sombres. La première frange sombre est à y = λ·L ÷ a du centre. Trouve une frange sombre, la largeur de la tache centrale, celle d'une fente, la longueur d'onde d'un laser et la deuxième frange sombre.

DiffractionLumière

Jouer à Fente laser

Première frange sombre: y = λ·L ÷ a
Tache centrale: w = 2·λ·L ÷ a

JOUER · 86

Passage de l'ambulance : la sirène qui change de ton

Une sirène en mouvement tasse ses ondes sonores devant elle et les étire derrière : on l'entend plus aiguë quand elle approche et plus grave quand elle s'éloigne : f' = f·v ÷ (v ∓ v_s). Trouve le son à l'aller et au retour, la vitesse d'une ambulance, la note d'une sirène et une octave.

Effet DopplerSon

Jouer à Passage de l'ambulance

Elle approche: f' = f·v ÷ (v − v_s)
Elle s'éloigne: f' = f·v ÷ (v + v_s)

JOUER · 87

Canard nageur : des rides devant et derrière

Chaque coup de patte lance un anneau depuis là où est le canard : les anneaux se serrent devant et s'espacent derrière : λ' = (v ∓ v_s) ÷ f. Plus rapide que ses rides, le canard forme une vague d'étrave en V. Trouve des écarts, une vitesse, un rythme de pagaie et l'angle d'une vague d'étrave.

Effet DopplerVagues

Jouer à Canard nageur

Écart entre les rides: λ' = (v ∓ v_s) ÷ f
Vague d'étrave: sin θ = v ÷ v_s

JOUER · 88

Sonomètre : c'est fort comment, fort ?

Les décibels comptent des puissances de dix : L = 10·log(I ÷ I₀), donc chaque 10 dB vaut dix fois l'intensité, et deux fois plus loin le son est environ 6 dB plus faible. Trouve le niveau de dix haut-parleurs, la baisse avec la distance, un rapport d'intensités, un niveau et une distance.

SonDécibels

Jouer à Sonomètre

Niveau sonore: L = 10·log(I ÷ I₀)
Distance: I ∝ 1 ÷ r²

JOUER · 89

Flûte bouteille : des notes d'air et d'eau

Une bouteille est un tuyau fermé à un bout : sa colonne d'air contient un quart d'onde, donc f = v ÷ 4L. Verse de l'eau et la colonne raccourcit : le son monte. Trouve la note d'une bouteille, la note après avoir versé, une longueur de colonne, combien verser et la note suivante.

SonRésonance

Jouer à Flûte bouteille

Tuyau fermé: f = v ÷ 4L
Notes plus aiguës: f_n = n·v ÷ 4L

JOUER · 90

Atelier des antennes : quelle est la longueur d'une onde radio ?

La radio, le wifi et les micro-ondes sont des ondes qui avancent à 3 × 10⁸ m/s. Utilise λ = c ÷ f pour trouver leurs longueurs d'onde, dimensionne une antenne quart d'onde, espace les points chauds d'un four et vois pourquoi les mâts AM sont si hauts.

Longueur d'ondeOndes radio

Jouer à Atelier des antennes

Longueur d'onde: λ = c ÷ f
Antenne quart d'onde: L = λ ÷ 4

JOUER · 91

Le son au ralenti : une onde qu'on entend

Le son est une onde de compressions dans l'air qui avance à 340 m/s. Ralentis une note pour voir sa longueur d'onde et sa période, puis sers-toi de la vitesse du son pour situer un orage par son tonnerre et une falaise par son écho.

Ondes sonoresLongueur d'onde et période

Jouer à Le son au ralenti

Longueur d'onde: λ = v ÷ f
Distance: d = v·t

Électrostatique

10 jeux

JOUER · 92

Ballon frotté : la charge, ce sont des électrons qui bougent

Frotter ne crée pas de charge : cela déplace des électrons. Q = −n·e d'un côté, +n·e de l'autre. Charge un ballon, vois ce qui reste à la laine, compte des électrons et forme un ion.

Charge électriqueÉlectrons

Jouer à Ballon frotté

Charge: Q = −n·e
Électrons: n = |Q| ÷ e

JOUER · 93

Goutte de Millikan : la charge vient en électrons

Une goutte chargée reste immobile quand la force électrique équilibre son poids : q·V ÷ d = m·g. Mesure des charges, compte des électrons, règle la tension et trouve e avec trois gouttes.

Charge électriqueExpérience de Millikan

Jouer à Goutte de Millikan

Équilibre: q·V ÷ d = m·g
Électrons: q = n·e

JOUER · 95

Testeur de matériaux : conducteurs et isolants

La résistivité d'un matériau décide s'il conduit : R = ρ·L ÷ A, I = V ÷ R. Le cuivre et le verre sont à vingt puissances de dix l'un de l'autre. Teste cinq échantillons sur un banc de 12 V.

ConducteursRésistivité

Jouer à Testeur de matériaux

Résistance: R = ρ·L ÷ A
Courant: I = V ÷ R

JOUER · 96

La perle flottante : la loi de Coulomb contre la gravité

Des charges de même signe se repoussent avec F = k·q₁·q₂ ÷ r², d'autant plus qu'elles sont proches. Une perle flotte là où cette poussée égale son poids. Trouve l'écart, la charge, la masse et la poussée du fond.

Loi de CoulombForce électrique

Jouer à La perle flottante

Flotter: k·q₁·q₂ ÷ r² = m·g
Écart: r = √(k·q₁·q₂ ÷ m·g)

JOUER · 97

Tir à la corde des charges : forces entre charges

Les charges se repoussent ou s'attirent avec F = k·q₁·q₂ ÷ r², forces égales et opposées, et les forces de plusieurs charges s'additionnent. Mesure une attraction, trouve un point d'équilibre, additionne deux forces, trouve une charge et double tout.

Loi de CoulombSomme des forces

Jouer à Tir à la corde des charges

Deux charges: F = k·q₁·q₂ ÷ r²
Point d'équilibre: q₁ ÷ x² = q₂ ÷ (d − x)²

JOUER · 98

Sonde de champ : la force par unité de charge

Le champ électrique est la force sur une charge d'essai divisée par sa charge, E = F ÷ q, et une charge ponctuelle crée E = k·Q ÷ r². Trouve un champ à partir d'une force, calcule la force sur une sonde, additionne deux champs et trouve une distance.

Champ électriqueForce par charge

Jouer à Sonde de champ

Champ à partir d'une force: E = F ÷ q
Champ d'une charge ponctuelle: E = k·Q ÷ r²

JOUER · 99

Faisceau d'électrons : dévier des charges avec un champ

Entre deux plaques chargées, le champ est uniforme, E = V ÷ d, et une charge subit une poussée constante à travers le faisceau : sa trajectoire se courbe en parabole. Trouve le champ, l'accélération, la déviation, la tension pour une cible et la déviation d'un proton.

Champ uniformeParticules chargées

Jouer à Faisceau d'électrons

Champ entre les plaques: E = V ÷ d
Déviation dans les plaques: y = ½·(q·E ÷ m)·(L ÷ v₀)²

JOUER · 100

Carte de potentiel : l'énergie par unité de charge

Le potentiel électrique est une énergie par unité de charge : une charge ponctuelle crée V = k·Q ÷ r, les potentiels s'additionnent comme des nombres, et porter une charge q demande un travail W = q·ΔV. Lis un potentiel, monte, suis une ligne de niveau, additionne deux charges et trouve un anneau.

Potentiel électriqueTravail et énergie

Jouer à Carte de potentiel

Potentiel d'une charge: V = k·Q ÷ r
Travail pour porter une charge: W = q·ΔV

JOUER · 101

Canon à particules : de la tension à la vitesse

Une charge qui traverse une tension ΔV gagne une énergie cinétique q·ΔV = ½·m·v². Trouve l'énergie et la vitesse d'un électron, la vitesse d'un proton, l'énergie d'une particule alpha en eV et la tension qui arrête un électron.

Tension électriqueÉnergie cinétique

Jouer à Canon à particules

Énergie gagnée: K = q·ΔV
Vitesse atteinte: v = √(2·q·ΔV ÷ m)

Circuits électriques

16 jeux

JOUER · 102

Tour de piles : additionner les tensions

Des piles en série additionnent leurs tensions, une pile retournée retire la sienne, et des piles côte à côte donnent la tension d'une seule. Une batterie donne V joules à chaque coulomb qu'elle déplace : W = Q·V. Empile, retourne, aligne, allume une lampe et compte les piles.

TensionPiles en série

Jouer à Tour de piles

Piles en série: V = V₁ + V₂ + …
Énergie par charge: W = Q·V

JOUER · 103

Promenade au voltmètre : la tension entre deux points

Un voltmètre indique le potentiel à sa pointe rouge moins le potentiel à sa pointe noire : V = V_red − V_black. Inverse les pointes, essaie un interrupteur ouvert et un simple fil, trouve la tension à un nœud et oppose deux piles.

TensionUtiliser un voltmètre

Jouer à Promenade au voltmètre

Un voltmètre indique: V = V_red − V_black
En descendant une résistance: ΔV = I·R

JOUER · 104

Compteur de charge : le courant, c'est de la charge par seconde

Un courant est la charge qui traverse une section du fil chaque seconde : I = Q ÷ t, et un ampère vaut un coulomb par seconde, environ 6 × 10¹⁸ électrons. Compte la charge au portillon, convertis minutes et heures en secondes et chronomètre un courant lent.

CourantCharge et temps

Jouer à Compteur de charge

Le courant, c'est: I = Q ÷ t
Un ampère: 1 A = 1 C/s

JOUER · 105

Électrons escargots : dérive lente, signal rapide

Les électrons s'agitent à un million de mètres par seconde mais avancent dans un fil comme des escargots : I = n·e·A·v_d donne moins d'un dixième de millimètre par seconde pour 1 A dans du cuivre. Pourtant une lampe s'allume aussitôt, car le signal parcourt le fil à 2 × 10⁸ m/s.

CourantVitesse de dérive

Jouer à Électrons escargots

Courant et dérive: I = n·e·A·v_d
Le signal: v ≈ 2 × 10⁸ m/s

JOUER · 106

Étirer le fil : la longueur et l'épaisseur fixent la résistance

La résistance d'un fil croît avec sa longueur et diminue avec sa section : R = ρ·L ÷ A. Deux fois plus long double R, deux fois plus de diamètre la divise par quatre, et étirer un fil au double de sa longueur la multiplie par quatre. Déroule, étire et coupe une bobine sur mesure.

RésistanceRésistivité

Jouer à Étirer le fil

Résistance d'un fil: R = ρ·L ÷ A
Fil rond: A = π·d² ÷ 4

JOUER · 107

Filament chaud : la résistance monte avec la température

Un métal résiste davantage quand il chauffe : R = R₀·(1 + α·(T − T₀)). Un filament à 2500 °C a douze fois sa résistance à froid, si bien qu'une lampe prend une pointe de courant à l'allumage, et un fil de platine fait un thermomètre. Chauffe, fais briller et lis la température.

RésistanceTempérature

Jouer à Filament chaud

Résistance à chaud: R = R₀·(1 + α·ΔT)
Sonde en platine: R = 100 Ω·(1 + 0.00385·T)

JOUER · 108

Laboratoire d'Ohm : courant, tension et résistance

Pour une résistance fixe, le courant croît proportionnellement à la tension : V = I·R, une droite qui passe par l'origine sur une caractéristique. Trouve un courant, une résistance ou une tension à partir des deux autres, lis une droite et choisis la résistance qui garde une LED à 20 mA.

Loi d'OhmCaractéristique I–U

Jouer à Laboratoire d'Ohm

Loi d'Ohm: V = I·R
Réarrangée: I = V ÷ R, R = V ÷ I

JOUER · 109

Test du fusible : la loi d'Ohm atteint ses limites

I = V ÷ R fixe ici chaque courant, et un fusible fond dès que le courant atteint son calibre. Trouve le courant d'une bouilloire, la plus petite résistance qu'un fusible supporte, pourquoi un fusible ne protège pas une personne, la plus grande tension qu'une résistance supporte et le courant énorme d'un court-circuit.

Loi d'OhmFusibles

Jouer à Test du fusible

Courant: I = V ÷ R
Le fusible fond si: I ≥ I_fuse

JOUER · 110

Chaîne d'ampoules : un seul chemin pour toutes

Dans un circuit en série, il n'y a qu'un chemin : le même courant traverse toutes les ampoules et les résistances s'additionnent, R = R₁ + R₂ + …. Trouve le courant, la résistance totale, la part de tension d'une ampoule, pourquoi une quatrième ampoule les affaiblit toutes et combien de petites ampoules il faut sur le secteur.

Circuits en sériePartage de la tension

Jouer à Chaîne d'ampoules

Les résistances s'ajoutent: R = R₁ + R₂ + …
Même courant: I₁ = I₂ = I₃

JOUER · 111

Diviseur de tension : partager la source

Deux résistances en série partagent la source en proportion de leurs résistances : V_out = V·R₂ ÷ (R₁ + R₂). Trouve une tension de sortie, conçois un diviseur pour 5 V, lis un capteur de lumière et une thermistance, et trouve la tension au milieu d'une chaîne de trois.

Diviseurs de tensionCapteurs

Jouer à Diviseur de tension

Sortie: V_out = V·R₂ ÷ (R₁ + R₂)
Partage proportionnel: V₁ ÷ V₂ = R₁ ÷ R₂

JOUER · 112

Installation de la maison : chaque branche reçoit toute la tension

Des branches en dérivation reçoivent chacune toute la tension : les courants s'additionnent et la résistance équivalente diminue, 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …. Trouve une résistance équivalente et un courant principal, comprends pourquoi les autres lampes restent allumées quand on en débranche une, choisis une résistance et compte les lampes qu'accepte un disjoncteur.

Circuits en dérivationInstallation électrique

Jouer à Installation de la maison

Résistance: 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …
Courant principal: I = I₁ + I₂ + …

JOUER · 113

Partage du courant : tout ce qui entre ressort

Le courant ne s'use jamais à un nœud : ce qui entre ressort, I = I₁ + I₂ + …. Des branches en dérivation partagent une même tension, donc la plus petite résistance prend la plus grande part. Trouve un courant manquant, partage un courant, additionne les branches, comprends pourquoi une nouvelle branche ne change pas l'ancienne et conçois un shunt.

Loi des nœudsDiviseur de courant

Jouer à Partage du courant

À un nœud: I_in = I_out
Même tension: I₁·R₁ = I₂·R₂

JOUER · 114

Éclat des ampoules : la puissance, pas l'étiquette

La puissance est la vitesse à laquelle une ampoule convertit l'énergie électrique en lumière et en chaleur : P = V·I = I²·R = V² ÷ R. Ses valeurs nominales ne fixent que sa résistance. Trouve une puissance, la résistance d'une ampoule, ce que donnent deux ampoules en série, pourquoi la 60 W l'emporte à côté d'une 100 W et ce que fait la moitié de la tension.

Puissance électriqueValeurs nominales

Jouer à Éclat des ampoules

Puissance: P = V·I = I²·R = V² ÷ R
D'après l'étiquette: R = V² ÷ P

JOUER · 115

Ligne haute tension : pourquoi les câbles sont sous haute tension

La même puissance peut être envoyée sous forme d'un fort courant à basse tension ou d'un faible courant à haute tension, et l'échauffement de la ligne croît comme le carré du courant : P_loss = I²·R. Trouve la perte à deux tensions, conçois une ligne qui perd 1 %, chauffe une ligne et dimensionne un radiateur à la maison.

Puissance électriqueLignes électriques

Jouer à Ligne haute tension

Courant dans la ligne: I = P ÷ V
Perte en ligne: P_loss = I²·R

JOUER · 116

Course des bouilloires : l'énergie, c'est la puissance fois le temps

L'énergie fournie par une bouilloire est sa puissance fois le temps, E = P·t, et l'eau a besoin de m·c·ΔT pour chauffer. Fais courir une bouilloire contre ton temps prédit, trouve l'énergie qu'elle consomme, observe l'effet des pertes de chaleur, choisis une puissance et découvre pourquoi une bouilloire à l'étranger met quatre fois plus de temps.

Énergie électriqueChauffer de l'eau

Jouer à Course des bouilloires

Énergie: E = P·t
Chauffer de l'eau: E = m·c·ΔT

JOUER · 117

Compteur électrique : le kilowattheure est une énergie

Le kilowattheure de la facture n'est pas une puissance mais une énergie : 1 kW pendant 1 h, soit 3600 kJ. Trouve l'énergie d'une lampe, ce que coûte un mois de veille, une batterie externe en kilojoules, ce qu'une LED économise en 1000 heures et l'énergie que contient une batterie de téléphone.

Énergie électriqueKilowattheures

Jouer à Compteur électrique

Énergie: E (kWh) = P (kW) · t (h)
Conversions: 1 kWh = 3600 kJ

Des jeux de simulation éducatifs pour transformer les questions en expériences

Explorez une notion à la fois avec Phisicos. Chaque jeu de simulation éducatif associe un modèle physique réglable à un défi : poursuivez un fantôme pour relier distance, temps et direction, ou posez un module en équilibrant gravité et poussée.

Prédisez le mouvement.
Démarrez, faites une pause ou avancez de 0,10 seconde.
Comparez les mesures et expliquez le résultat.

Jeux de simulation éducatifspour apprendre la physique.

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