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Lycée Sainte Mar ie Bastide 2 nde 4 ­ 2 nde 5 TP de PHYSIQUE (CHAP. 16) 2014­2015 Mesur e d’une dur ée : chr onométr age
NOM et Pr énom : I) BUT DU T.P
· Réaliser et exploiter des enregistrements vidéo pour analyser des mouvements.
· Porter un regard critique sur un protocole de mesure d'une durée en fonction de la précision attendue. II) ACTIVITE DOCUMENTAIRE : QUAND LE CHRONO TRAHISSAIT LES ATHLETES Spécialité suisse, la mesure du temps et des centimètres battra des records de précision à Atlanta. Dans l'histoire des Jeux olympiques, cela n'a pas toujours été le cas. […] La conquête du marché olympique par l'horlogerie suisse de pointe remonte à 1932 avec l'entrée en lice d'Omega aux 10 ème JO d’été, à Los Angeles. Les organisateurs avaient décidé de mettre un peu d'ordre dans le chronométrage, confié jusqu'alors à des juges dont chacun opérait avec son propre instrument. La firme suisse avait envoyé dans la ville olympique les quatre­vingts chronos nécessaires, et un horloger pour les régler. On était loin des trois cents techniciens et presque autant de volontaires bénévoles, des dizaines de tonnes et des centaines de kilomètres de câbles mobilisés à Atlanta pour les JO du centenaire, mais c'était un grand pas vers l'impartialité souhaitée. Il y eut quand même quelques grincements lors de ces premiers JO sous contrôle suisse. Notamment à la finale du 100 mètres, que les deux Américains Tolan et Metcalfe, en tête, terminent ex aequo en 10 secondes 38. Après des heures de vaines palabres destinées à les départager, les juges acceptent de visionner, bien qu'il n'ait aucune valeur officielle, le film de l'arrivée en bout de course enregistré par la caméra «two eyes» que vient alors de mettre au point le physicien Gustavus Kerby. L'image montre clairement que le torse de Tolan, qui sera déclaré vainqueur, devance celui de Metcalfe de cinq centimètres. […] L'application des techniques de pointe aux compétitions sportives s'est d'abord développée en marge de l'olympisme. Notamment sur les stades hippiques et dans les circuits automobiles, les seuls sports riches à l'époque. L'olympisme n'officialisera le centième de seconde qu'au milieu du siècle alors que sa mise au point date du siècle dernier, de même que le chronométrage automatique ainsi que les tout premiers systèmes de photo finish. […] Grâce à la technique, ces millions de téléspectateurs deviennent les témoins directs des performances. Devant ce public, les marges d'erreur ne sont plus permises, l'automatisation des mesures s'impose. En 1968 ont lieu à Mexico les premiers jeux chronométrés automatiquement, avec la possibilité de départager les concurrents au millième de seconde (un centimètre sur un cent mètres). Apparaît également à Mexico le système Omega des plaques de touche qui permettent d'enregistrer l'arrivée des courses de natation avec une fiabilité indiscutable. […] La connaissance du temps de réaction et les raffinements du chronométrage conduisent parfois à des observations étonnantes. C'est ainsi qu'aux Jeux de Montréal en 1976, il s'avéra que le Français Guy Drut, vainqueur du 110 mètres haies, avait couru plus lentement que le Cubain Alejandro Casanas arrivé deuxième. Explication: son temps de réaction au départ du starting­block avait été de 135 millièmes, celui du Cubain de 223 millièmes, l'écart entre les deux hommes à l'arrivée n'étant plus que de 30 millièmes de seconde. […] Source : http://www.hebdo.ch/quand_le_chrono_trahissait_les_athlegravetes_31878_.html QUESTIONS Quelle révolution liée au chronométrage a lieu en 1932 ? En quoi ces changements permirent d’améliorer le chronométrage ? Que signifie chronométrage au centième et au millième ? Quel est l’avantage du chronométrage automatique vis­à­vis du manuel ? Parfois le chronométrage ne suffit pas à départager deux concurrents, quelles sont alors les techniques pouvant être utilisées ? 6­ Pourquoi utilise­t­on des plaques de touche dans les compétitions de natation ? 1­ 2­ 3­ 4­ 5­ TP de physique, chapitre 16, Thème La Pratique du Sport 1 / 5 2nd Sciences Physiques/ Prog 2010/ J. Landrevie Hachette 2° Dulaurans­Durupthy Ó2010 p 233 à 246 7­ En quoi les nouvelles techniques de chronométrage peuvent­elles participer à la compréhension et à l’amélioration des performances sportives ? III) CHRONOMETRAGE A PARTIR D’UNE VIDEO 1° Sans aide infor matique A partir de la vidéo ci­jointe «Usain Bolt », version Indeo ou divX, mesurer la durée mise par le vainqueur pour parcourir les 200 m : 1­ Sans instruments 2­ Avec des instruments quelconques 3­ Avec le même chronomètre Conclure. 2° Avec un logiciel de pointage A partir de la même vidéo et en utilisant le logiciel AVIMECA mesurer la durée mise par le vainqueur pour parcourir les 200 m. 3° Vér ification La vidéo étudiée est celle du record du monde du 200 m établit par Usain Bolt à Berlin en 2009. Elle a été obtenue à partir du fichier extrait de YouTube où des chronomètres sont visibles. Le visionner : http://www.youtube.com/watch?v=RdtHNh4w3vQ. Conclure. IV) LA PHOTOFINISH 1° Qu' est­ce qu' une photofinish ? La photo­finish est maintenant un élément incontournable de toute arrivée au sprint qu’elle soit à bicyclette ou à pied. Par le passé elle ne servait qu’à confirmer ce que tout le monde avait vu ou à agrémenter les polémiques, un peu comme l’arbitrage vidéo aujourd’hui que l’on souhaite ou bien que l’on bannit suivant l’équipe que l’on soutient ! Le principe existe depuis l’immédiat après­guerre et n’a cessé de se perfectionner. Avec l’ère du numérique il ne s’agit plus uniquement de prendre une photo déclenchée par cellule photo­électrique au moment de l’arrivée du premier coureur. La photo­finish sert aujourd’hui à déterminer les écarts pour l’ensemble du peloton. Voyons comment elle se construit. L’équipement nécessaire est constitué de :
· une caméra Numérique haute fréquence Photo: Finishlynx
Photo: Matsport
· un ordinateur
· une interface permettant de faire communiquer les 2 éléments et de gérer le chronomètre Au départ d’une étape une impulsion donnée par le chronométreur permet d’enclencher le chronomètre de l’interface. A l’arrivée, les caméras (il y a en fait 2 caméras de chaque côté de la route) doivent être positionnées avec une extrême précision pour que le système soit le plus fiable possible. L’alignement avec la ligne est bien­sûr primordial. Un peu avant l’arrivée des premiers, la caméra est mise en route afin d’enregistrer les images. Celles­ ci sont prises à une fréquence de 10.000 images par seconde. TP de physique, chapitre 16, Thème La Pratique du Sport 2 / 5 2nd Sciences Physiques/ Prog 2010/ J. Landrevie Hachette 2° Dulaurans­Durupthy Ó2010 p 233 à 246 Si l’on s’en tenait­là, les chronométreurs auraient ainsi un film réalisé à 10.000 images /sec et donc un travail titanesque pour établir le classement et les écarts... C’est pourtant ainsi que se passaient les choses auparavant mais la fréquence de prise de vue était moindre. 2° A l' èr e du numér ique : une photo r econstr uite... En fait, de chaque image on ne retient qu’une infime partie à l’aide d’un capteur mono­barre vertical de 14 µm de large. De l’image on ne retiendra donc qu’une bande de 1 pixel de large (correspondant au 14 µm) et de 1728 px de haut. Ensuite toutes les 1/10000 sec, une nouvelle bande de 1x1728 px est juxtaposée à la précédente bande. On obtient ainsi la représentation d’une seconde de passage sur l’axe ligne d’arrivée avec une image de 10000 px par 1728 px. Pour clarifier voici un petit montage vous expliquant le principe : Sur la première image nous voyons une arrivée classique au sprint dans laquelle deux coureurs croient avoir gagné. Cette photo est celle que pourrait prendre tout photographe situé quelques mètres avant l’arrivée Sur l’image ci­contre on découvre 4 prises de vue réalisées dans l’axe de ligne d’arrivée à intervalles de temps assez important disons 1/10ème de seconde. De ces 4 vues isolons la partie centrale afin de constituer une photo­finish de piètre qualité mais c’en est une à laquelle il manque les informations de temps tout de même ! Imaginons maintenant que nous isolions une bande plus étroite, on pourra ainsi améliorer la précision… à condition d’augmenter de nombre d’images.
TP de physique, chapitre 16, Thème La Pratique du Sport 3 / 5 2nd Sciences Physiques/ Prog 2010/ J. Landrevie Hachette 2° Dulaurans­Durupthy Ó2010 p 233 à 246 3° ... avec l’infor mation de temps. A chaque bande de 1 px, l’interface associe le temps exact de la prise de vue. C’est ainsi que l’on peut lire le temps en dessous de l’image. Et voici la photofinish de l'arrivée à Marseille. Etape Tallard­Marseille du Tour 2007. Cédric VASSEUR (Quick Step) l'emporte avec 4/1000 de sec d'avance sur S. CASAR de la Française des Jeux. Les informations de temps apparaissent sur l'écran des chronométreurs. Photo : Matsport / A.S.O. 4° La photofinish­ analyse Fort de notre connaissance de la façon dont est « construite » la photofinish, analysons ce que l’on y voit et comment elle est exploitée. La photo ci­contre est un instantané de l’arrivée à DAX en 2009. Photo : A.S.O. ­ AFP Et celle­ci­contre c’est la photofinish de cette même arrivée. QUESTIONS 8­ Pourquoi la route paraît­elle blanche sur la photofinish alors que ce n’est pas le cas dans la réalité ? 9­ Expliquer la présence d’une bande jaune, d’une grise et de deux blanches en arrière plan sur la photofinish en remarquant ce qu’il a en prolongement de la ligne d’arrivée sur la partie gauche de l’instantané. 10­ Observez la forme des rayons des roues. N’est­elle pas bizarre ? Avez­vous une explication ? Si oui, laquelle ? 11­ A quoi correspondent les traits verticaux placés par les chronométreurs officiels ? 12­ Deux traits ont pu être placés facilement. Comment les chronométreurs ont pu placer les deux autres correspondants aux dossards 181 et 101 ? 13­ La photofinish a été réalisée sur une durée de 0,25 s environ. Combien de photos ont été nécessaires pour la construire en sachant que la caméra prend une photo tous les dix millièmes de seconde ? 14­ Pourquoi les chronométreurs donnent­ils des durées au millième près dans certaines disciplines alors que leurs caméras sont précises au dix millième ?
TP de physique, chapitre 16, Thème La Pratique du Sport 4 / 5 2nd Sciences Physiques/ Prog 2010/ J. Landrevie Hachette 2° Dulaurans­Durupthy Ó2010 p 233 à 246 La photo ci­dessous montre un écran du logiciel d'exploitation de la photo­finish. On y visualise clairement les repères de temps servant à établir le classement. On remarque aussi qu’en athlétisme c’est la poitrine qui permet d’établir les temps d’où l’importance du « cassé » sur la ligne d’arrivée. QUESTIONS 15­ Quel est le temps mis par chacun des coureurs sur l’image ci­dessus ? 16­ Où se trouve le buste de chacun de ces athlètes lors des prises de vue qui ont permis de réaliser cette photo­finish ? 17­ Qu’observerait­on sur la photo­finish si l’athlète s’arrêtait sur la ligne d’arrivée ? Document « la photofinish » élaboré à partir de http://www.festinablog.com/ __________________________________
TP de physique, chapitre 16, Thème La Pratique du Sport 5 / 5 2nd Sciences Physiques/ Prog 2010/ J. Landrevie Hachette 2° Dulaurans­Durupthy Ó2010 p 233 à 246