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Utilisation de cellules piézo électriques en classe de 4ème.

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1 Utilisation de cellules piézo électriques en classe de 4ème

2 Quand les utiliser ? En classe de 4 ème dans le chapitre : Lactivité interne du globe dans la partie propre aux séismes et dans la partie sur la structure de la Terre.

3 Pourquoi les utiliser ? Matériel peu onéreux, donc possibilité de faire travailler les élèves par groupes de 3 élèves à condition davoir un nombre dordinateurs suffisant. Le logiciel permettant lacquisition est gratuit (Audacity). Matériel facile à prendre en main et linstallation des cellules piézo électriques est très rapide (temps de branchement dune prise à larrière de lordinateur.

4 Quel principe de fonctionnement ? Contrainte Déformation de cristaux Production dun courant électrique Enregistrement

5 Si vous utiliser un PC portable, vous ne pourrez réaliser que des enregistrements en mono (avec une seule cellule piézo électrique) via la prise microphone. Quel ordinateur choisir ? Si vous utilisez un PC de bureau, vous pourrez réaliser des enregistrements en stéréo utilisant deux cellules piézo électriques via lentrée en ligne Certains réglages permettent un enregistrement stéreo sur portable

6 Quel matériel ? Chaque cellule piézo électrique est reliée à une prise RCA mâle par un câble. Les fiches RCA mâles sont reliée à un adaptateur double RCA femelle jack 3,5 mm stéréo.

7 Détail du matériel

8 Quels branchements sur le PC ? Brancher la prise jack double dans lentrée de couleur bleue Repérer lentrée en ligne (in) généralement de couleur bleue sur les ordinateurs récents

9 Double cliquer, dans la barre des taches, sur licône haut-parleur Comment paramétrer son ordinateur ?

10 Cliquer sur Option / Propriétés Vérifier que la case entrée ligne est cochée. Si ce nest pas le cas la cocher

11 Comment télécharger le logiciel Audacity ?

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14 Comment configurer le logiciel Audacity ? - - Lancer le logiciel Audacity -Sélectionner Entrée ligne - Dans le menu Edition cliquer sur préférences

15 Dans canaux, choisir 1 (Mono) ou 2 (Stéréo) Selon lactivité choisie

16 Pour lancer lenregistrement cliquer sur le cercle rouge Pour stopper lenregistrement cliquer sur le carré jaune Comment lancer un enregistrement dans Audacity ?

17 Sélectionner à laide de la souris la partie de lenregistrement qui présente un intérêt particulier (la partie sélectionner se teinte en violet) Si lenregistrement est peu lisible Comment rendre les résultats exploitables ?

18 Cliquer sur la loupe plusieurs fois de suite pour agrandir la portion de courbe intéressante Cliquer sur Effet puis sur Amplification

19 Régler lamplification souhaitée à laide du curseur puis cocher la case Autoriser la saturation, cliquer sur OK On obtient des courbes amplifiées et donc plus lisibles

20 Quelles activités sont réalisables ?

21 Origine des séismes Connaissances Les séismes résultent dune rupture brutale des roches en profondeur. Des contraintes sexerçant en permanence sur les roches conduisent à une accumulation dénergie qui finit par provoquer leur rupture au niveau dune faille

22 Montage expérimental : Un bloc de polystyrène est maintenu à laide dun serre-joint sur un support en bois. Une cellule piézoélectrique est placée à la surface du polystyrène par un élastique. A larrière du support en bois se trouve une équerre métallique pour maintenir le tout verticalement. Réalisation de la manipulation Lancer lenregistrement sur le logiciel Audacity. Tourner la poignée du serre-joint jusquà rupture du bloc de polystyrène. Après rupture arrêter lenregistrement.

23 Après la rupture

24 Propagation des ondes Connaissances : A partir du foyer la déformation se propage sous forme dondes sismiques enregistrables. Montrer la différence de temps darrivée des ondes sismiques entre deux stations diversement éloignée de lépicentre (ceci peut aussi être montré avec sismolog)

25 Agrandissement

26 Montrer la différence damplitude des ondes sismiques entre deux stations diversement éloignée de lépicentre (ceci peut aussi être montré avec Sismolog) pour expliquer les dégâts différents Amplitude des ondes dans 2 stations diversement éloignées de lépicentre

27 Montrer les variations de vitesse en fonction de la température : Montrer que la variation des vitesses des ondes sismiques en profondeur permet de distinguer la lithosphère de lasthénosphère. Les variations de la vitesse des ondes sismiques en profondeur permettent de distinguer la lithosphère de lasthénosphère. Comment expliquer cette variation de vitesse des ondes en profondeur ? On fait lhypothèse que la température peut modifier la vitesse des ondes sismiques

28 Protocole : - Placer le cierge au réfrigérateur la veille de lexpérience - Le jour de lexpérience ont peut envisager de réaliser 3 mesures (une en début de séance, une en milieu de séance et une à la fin). Le temps de réchauffement du cierge est relativement long et les résultats ne sont vraiment significatifs que si les écarts de température sont importants. -Mettre en place les cellules piézo électriques maintenues par des élastiques aux deux extrémités du cierge et placer le thermomètre à lintérieur de celui- ci. -Lancer lenregistrement du logiciel Audacity. -Lâcher la masse (gros plomb de pêche) située à lextrémité du fil accroché au support qui vient percuter la bordure du cierge en amont de la première cellule piézo électrique. -Relever la température du cierge sur le thermomètre. -Mesurer lécart entre les temps darrivée de londe au niveau des deux cellules piézo électriques. -Connaissant lécartement entre les deux cellules piézo électriques calculer la vitesse de déplacement de londe dans le cierge à la température donnée par le thermomètre. -Recommencer les mêmes étapes à dautres températures.

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31 Horaire Température du cierge Différence de temps d'arrivée entre les deux cellules Distance entre les cellules Vitesse de l'onde 10 h5°C0 min : 00 s ,9 m1,1 Km / s 10h 157,3°C0 min : 00 s ,9 m0,7 Km / s 10h 5112,6°C0 min : 00 s ,9 m0,43 Km /s

32 Montrer les variations de vitesse en fonction du type de roche : RocheVitesse de propagation en Km /s (résultats obtenus) Calcaire1,25 Granite2,29

33 oreId=10001&langId=-2 Quels fournisseurs pour acheter le matériel ? https://www.conrad.fr/webapp/wcs/stores/servlet/ProductDisplay?catalogId=10001&storeId=10 001&productId=224749&langId=-2&ItemHighLightId=224750&from_fh=1 Conrad : fournisseur de composants électroniques Page du catalogue Conrad concernant les cellules piézo électriques Tarif au 21 novembre 2007 : 0,7 euros pièce

34 Quels fournisseurs pour acheter le matériel ? CIERGERIE DU SUD-EST : réalise des cierges de toutes tailles (jusquà 1,2 m) selon les demandes. Tél (0) Z.A. Taulhac Fax (0) Le Puy en Velay Web : Coût approximatif : prévoir environ 30 euros pour un cierge de 1 m de long environ et de 6 cm de diamètre.


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