Projet chute d'un corps
Projet pour faire découvrir aux élèves un travail inter disciplinaire (technologie, physique, maths).
L'objectif est de leur faire créer un système d'expérience et d'analyser les résultats et de les corréler avec des éléments d'histoire des sciences et des modèles physique.
Pour cela les élèves utiliseront des capteurs de suiveur de ligne très simples à mettre en oeuvre connectés à un microcontrôleur comme la carte Galaxia.
Ce travail est demandé en dehors des cours au CDI où le matériel est disponible.
Cela leur permettra de découvrir comme on sait ce que l'on sait...
Elève ton Blob.
Le CNES propose des expériences basées sur l'étude du comportement du Physarum Polycephalum ou Blob en collaboration avec la mission Alpha de Thomas Pesquet.
C'est un projet qui permet de travailler sur les matières de technologies, SVT par exemple.
Les élèves vont être amenés à faire des mesures sur l'état de ce blob qui a une activité assez surprenante.
Il s'agit de comparer le comportement du Blob sur terre avec la pesanteur terrestre et la comparer avec son comportement en microgravité dans l'ISS.
Pour mesurer le comportement, les élèves vont prendre des photos de son évolution suivant les différents protocoles proposés.
Pour prendre ces photos il y a plusieurs solutions:
- Utiliser un appareil photo et prendre des photos à intervalles réguliers, mais pas facile de maintenir l'intervalle qui est assez cours, et comment faire la nuit?
- Utiliser un smartphone et le programmer avec Appinventor pour prendre les photos régulièrement
- Utiliser un RaspberryPi avec camera et LED et créer un programme pour prendre les photos à intervalles régulier.
La première solution simple semble compliquer logistiquement parlant.
Pour la deuxième solution, il est assez simple pour des élèves d'utiliser Appinventor et de faire une simple boucle avec un temps d'attente et prise de photo. Le soucis est que les photos sont sauvegarder sur le smartphone, il faudrait alors télécharger ensuite les photos sur PC, pas très pratique. De plus il faudrait attendre la fin de l'expérimentation. Attention, il faudra obligatoirement utiliser l'extension payante https://puravidaapps.com/camera.php. Car la méthode prendre une photo d'Appiventor ne prend pas de photo, c'est à vous à appuyer sur le bouton!!
Pour permettre aux élèves d'avoir accès aux photos en live, on peut tout simplement installer l'application ftp server wifi sur Android qui va créer un serveur FTP. Il faudra que le smartphone soit connecter à un point d'accès wifi accessible des élèves.
Il suffira de lancer ce serveur via l'application FTP server qui va fournir l'adresse IP du serveur.
Les élèves n'auront qu'à lancer l'application Filezila installée sur un PC connecté au même réseau et de consulter ainsi les fichiers qui vont arriver au fur et à mesure de l'expérimentation. Les élèves peuvent même installer sur leur smartphone un client FTP.
Une solution avec Appinventor est de réaliser une application qui pilote la lampe flash de votre smartphone ou tablette pour l'allumer et l'éteindre à intervalle régulier. On utilise en parallèle un autre smartphone sur lequel on installe l'application framelapse.
Les élèves n'auront qu'à réaliser une caisse en carton qui accueillera les 2 appareils, l'un pour prendre les photos, l'autre pour piloter une LED.
Télécharger l'application APK à installer sur Android (pensez à renommer l'extension en .apk après téléchargement!)
Fichier Appinventor pour adaptation.
La troisième solution est la plus confortable pour les élèves. En effet, il suffira d'un simple navigateur pour consulter la liste des images et les ouvrir.
Pour cela on utilise un RasberryPi connecté à une caméra et une LED. Il faudra installer un serveur web comme Apache et un serveur PHP.
Un programme sera réalisé pour prendre les photos régulièrement. Pour l'instant le programme n'est dispo qu'en Python. J'ai bon espoir qu'un IDE Blockly pour la caméra du Raspberrypi puisse voir le jour.
Les photos seront sauvegardées dans le répertoire www du serveur Web.
Voici un exemple de page en PHP qui va lire le contenu du répertoire "images" dans lequel seront sauvegardées les images prises.
L'élève n'aura plus qu'à saisir l'adresse IP du serveur web en localisant la page web en php (index.php) et il aura la liste des fichiers images ainsi que leur horodatage. Il pourra aussi les visualiser en cliquant sur un lien.
Ce qui pourra donné ce résultat:
Exemple de page php à télécharger (pensez à renommer l'extension .pdf en .php!): Il faudra juste bien vérifier le répertoire dans lequel vous mettrez vos images dans le RaspberryPi.
Il faudra que votre RaspberryPi héberge un serveur Web et PHP comme Apache et PHP ici.
Le blob ne supporte pas la lumière, il faudra donc allumer la scène à l'aide d'une LED.
Pour cela il suffit de sélectionner un PIN de sortie GPIO au choix sur le RaspberryPi. Mais le soucis est qu'il n'est pas possible d'alimenter directement la LED à partir d'une PIN GPIO. En effet, en effet, le courant de sortie est faible, 20mA.
Une solution consiste alors à piloter depuis la PIN GPIO un transistor Mosfet qui va jouer le rôle d'interrupteur. On pourra alors utiliser une PIN +5V ou +3.3V qui elles permettent un courant bien supérieur.
Voici un exemple de LED avec un bon flux lumineux qui monte jusqu'à une puissance de 1W. Donc aucun soucis pour éclairer la scène dans le noir et permettre à notre caméra couleurs de prendre des photos de la zone éclairée.
De plus la tension VF est de 3.2-3.6V. Donc en utilisant la PIN power 3.3V du RaspberryPi, pas besoin de résistance pour limiter le courant.
Avec l'alimentation 3.3V on obtient un courant de 240mA environ, ce qui donne un flux lumineux parfait.
Il faudra bien faire attention d'alimenter le RaspberryPi avec une alim secteur de 2W 5V classique.
Pour le choix du Mosfet, il suffit de prendre le composant de chez Grove.
Il suffira de connecter le +3.3V du RaspberryPi sur l'entrée + en haut ainsi que le GND sur le GND du RaspberryPi. Puis de connecter Out sur l'anode de la LED.
Le travail en technologie pourra consister à concevoir un système pour mettre dans le noir le blob, de positionner le smartphone ou la camera et de rajouter une LED pour l'éclairage automatique lorsque l'on utilise le Raspberrypi pour éclairer le Blob dans le noir. Il suffira, par exemple, de créer un simple cylindre creux qui viendra chapoter la boite de Pétri. On positionnera alors la caméra, le RaspberryPi et la Led en haut du cylindre fermé sur e haut.
Les élèves utiliseront aussi un logiciel dédié pour faire des mesures sur leur image comme imageJ.
Exemple de programme réalisé en Python. Vérifiez que Python est bien disponible sur votre RaspberryPi.
Fichier Python de prises de vues automatiques des photos.
Algorithme:
DEBUT
Allumer la caméra
POUR nb_photo ALLANT de 1 à 120
Allumer LED
Attendre 1s
Prendre la photo et la sauvegarder dans le répertoire www du raspberryPi
Attendre 1s
Eteindre LED
Attendre 558s
FIN POUR
Eteindre la caméra
FIN
La réalisation du support pourrait ressembler à cela.
Attention, il faudra prendre un matériau de couleur noir pour avoir une opacité correcte. La couleur jaune du prototype n'est pas correcte!
Il faudra bien régler la focale de la caméra pour avoir une bonne netteté à faible distance. En effet, dans le système proposée la caméra est à environ 18cm de la boite de Pétrie.
Si vous êtes intéressés voici où acheter les boîtes de Petri par exemple avec ergots pour laisser respirer le Blob.
Tutoriel d'élevage qui vous permettra d'avoir plus d'échantillons de blobs si besoin
Grand merci à Audrey Dussutour pour ce superbe projet.
Il y a un site Facebook, mais cela n'apporte pas grand chose, car les contributions sont bien trop nombreuses et non classées, donc inaccessibles.
Bonnes expériences avec vos élèves.
Documents pédagogiques donnés aux élèves:
Projet descente en Tubes au Canada.
Dans le cadre du concours Cgenial, les élèves de 3eme vont travailler autour d'une problématique qui permettra de développer des compétences transversales de Mathématiques, Sciences physiques et Technologie.
L'objectif est de les faire réfléchir sur la notion d'énergie, et en particulier l'énergie mécanique.
Séance n°1: Analyse de la problématique
Séance n°2: Analyse du contexte et diagrammes d'éxigences
Séance n°3: Analyse d'un capteur de suivi de ligne pour la mesure de vitesse
Séance n°4: Principe de mesure, expression de la vitesse
Séance n°5: Diagramme de bloc interne et recherche de l'algorithme et programme
Séance n°6: Contrôle de la mesure de vitesse et mesures de vitesse suivant différents paramètres (hauteur, angle, masse)
Séance n°7: Calcul de l'énergie mécanique et analyse sur la conservation de l'énergie. Conclusion par rapport aux hypothèse et la théorie.
Séance n°8: Comment savons nous ce que nous savons ?
