L’article que je vais écrire parlera des activités que nous avons pratiqué à Toulouse et ce que j’en ai pensé.

Dimanche 25 avril 2010
Le rendez-vous à l’aéroport était à 11h, plus de temps qu’il n’en fallait pour prendre l’avion mais les maîtres ont voulu bien prévoir le coup ! A 13h40 nous étions arrivé à Toulouse, cependant l’attente avant d’arriver à l’hôtel a été longue… Nous avons du patienter un peu plus d’une heure à l’aéroport, les guichets de vente de billets de transport n’avaient pas encore ouvert. Une fois les billets en notre possession, nous avons pu nous rendre à la gare Matabiau qui se trouve à quelques minutes de l’hôtel où nous allions dormir : l’Hôtel des Ambassadeurs. Pour cette première journée, nous avons visité un festival où les jeux étaient au rendez-vous ! Nous y sommes resté plus ou moins une heure et sommes rentré à l’hôtel. Pour le diner et le soir, les maîtres nous ont laissé carte blanche. Nous nous sommes séparés en deux ou trois groupes. Chaque groupe est parti de son côté. Mes compagnons et moi sommes allé mangé dans un fast food puis avons visité la ville. Aux alentours de minuit, nous avons aperçu un groupe de trois filles Toulousaines qui avaient l’air d’avoir beaucoup bu. Plus particulièrement l’une d’entre elle qui avait l’air très mal au point, Michael et moi sommes donc aller l’aider, et l’avons raccompagné jusqu’à chez elle. Ce fût fatigant parce qu’elle ne faisait aucun effort, mais en tant que bons Saints-Maritain, nous n’avons pu l’abandonner à son triste sort. Nous sommes rentré à l’hôtel vers 1h30 et avons vu les enseignants qui étaient assis dans le café à côté de ce dernier. Nous leur avons expliqué ce qui nous était arrivé et sommes allé nous coucher.

Lundi 26 avril 2010
Le réveil a été rude, nous avons peu dormi. Mais si nous nous sommes levé tôt ce n’est pas pour rien, c’est parce qu’il était prévu que nous allions à la Cité de l’Espace ce jour là. J’ai adoré la visité, une grande exposition très interactive où toute personne un peu curieuse ne peut s’ennuyer. Ce qu’il y était montré était fort intéressant, nous y sommes resté toute la journée, mais il aurait fallu au moins 3 jours pour la visiter complètement. Il y avait 3 étages d’expositions entre autre sur la découverte de l’espace, les préparations aux voyages spatiaux, etc. Puis dans un autre bâtiment se trouvaient : une salle de cinéma 3D et un planétarium. Le film en 3D avait pour sujet « Hubble » un énorme télescope spatial qui nous permet d’observer notre univers à des distances inimaginables. Dans le planétarium on a pu voir ce qui se trouvait tout autour de notre terre, un « guide » nous a accompagné tout au long de notre voyage intersidéral. Cette journée à la Cité de l’Espace a été très sympa. Ça a été l’activité organisé que j’ai le plus apprécié. Je crois que ça a été ce jour là que je suis tombé malade, mais rien d’alarmant. A la fin de cette journée, nous sommes rentrés à l’hôtel, puis avons été libéré pour manger dehors, rien de spécial à signaler lors de la soirée !

Mardi 27 avril 2010
Ce matin là il n’y avait rien de prévu, nous avons donc pu nous lever à l’heure que nous voulions. Réveil douloureux, mon mal de gorge avait empiré. En début d’après-midi nous avons visité Toulouse tous ensemble, mais le manque de motivation des élèves a fait que nous l’avons interrompue plus tôt que prévu et par conséquent avons eu le reste de la journée de libre. Ce soir là je ne suis pas sorti, je suis resté à l’hôtel, j’étais bien trop malade pour faire quoi que ce soit !

Mercredi 28 avril 2010
Le matin nous avons participé à un cours de consolidation à l’hôtel, présenté par nos enseignants. J’étais encore bien malade et n’ai pas pu beaucoup aider mon groupe. Cette après-midi toute la classe s’est rendue à Airbus, mais je n’en ai pas eu l’occasion. Je ne me sentais pas suffisamment bien pour m’y rendre et suis donc rester à l’hôtel pour me reposer. J’ai dormi jusqu’à leur arrivé, c’est-à-dire jusqu’à 18h30 à peux près. Après ce petit somme je me sentais en bien meilleur forme ! J’ai pu donc sortir avec mes camarades ce soir là. Nous sommes rentré assez tard cette nuit là, mais c’était la dernière nuit passé à Toulouse, il fallait bien en profiter n’est-ce pas ?

Jeudi 29 avril 2010
Dernier jour à Toulouse, nous avons du nous réveiller assez tôt pour préparer nos valises. J’étais assez content de rentrer à Genève parce que j’étais malade, mais j’aurais bien voulu y rester encore quelques jours si j’avais été en meilleur forme ! Nous avons mangé à l’aéroport, et avons profité des derniers moments que nous allions passé à Toulouse tous ensemble.

Conclusion
J’ai beaucoup apprécié ce voyage ! En ce qui concerne nos visites, ce que j’ai préféré reste la Cité de l’Espace. Et en ce qui concerne notre temps libre j’ai particulièrement la nuit de mercredi à jeudi. Mais j’ai aussi aimé ce voyage parce qu’il nous a permis de nous rapprocher et de mieux connaître certains élèves de Bouvier que je connaissais pas, les troisièmes qui sont venus avec nous. Pour dire que je trouve que ce voyage a été une réussite, les enseignants qui étaient là avec nous ont été très sympathiques. J’ai failli oublier… j’ai adoré les petits déjeuners à l’hôtel !

Certains modèles peuvent donner lieu à des comportements aberrants en raison de problèmes numériques. C’est le cas du modèle de l’oscillateur harmonique si l’on ne prend pas les bonnes précautions.

Considérons une masse m accrochée à un ressort et faisons coïncider l’origine de l’axe x qui permettra de repérer sa position avec la position d’équilibre de la masse. Si on néglige le frottement dû à l’air, la masse subit deux forces :
– son poids P=mg dirigé vers le bas
– une force de rappel F=-kx due au ressort.

La constante de proportionnalité k entre l’écart x de la masse par rapport à sa position d’équilibre et la force de rappel est appelée « raideur » du ressort. Le signe « moins » signale que la force de rappel est toujours opposée au déplacement x de la masse.

La relation fondamentale de la dynamique permet de définir l’accélération de la masse à partir des forces qui agissent sur elle. L’intégration de cette accélération sur le temps fournit la vitesse de la masse, puis, l’intégration de cette vitesse donne sa position x par rapport à la position d’équilibre. Le modèle Stella se présente donc ainsi :

Modèle d’oscillateur harmonique : une masse accrochée à un ressort subit deux forces : son poids et une force de rappel proportionnelle à l’écart x par rapport à sa position d’équilibre.

En choisissant une masse m de 1 kg et une raideur k de 2.47 N/m, en plaçant la masse en x₀=0 avec une vitesse initiale v₀=0 et en lançant la simulation, nous obtenons les horaires suivants pour la position x et la vitesse v de la masse :

Horaires de la position et de la vitesse de la masse : ces deux horaires sont manifestement faux ! Un oscillateur auquel on ne fournit pas d’énergie ne peut ni augmenter son amplitude d’oscillation ni accroître la grandeur de sa vitesse maximale.

L’horaire de la position fait état d’une augmentation d’amplitude et celui de la vitesse d’un accroissement de la grandeur de la vitesse maximale de la masse lorsqu’elle passe par sa position d’équilibre ! Or, dans ce modèle, l’énergie mécanique de l’oscillateur (énergie potentielle de gravitation + énergie cinétique) devrait rester constante car il n’y a aucune source d’énergie ! Il s’agit d’un artefact lié à l’intégration numérique.

Conclusion

Dans tous les modèles, mais plus particulièrement dans ceux permettant de simuler des oscillations, il faut être attentif aux risques d’erreurs liées entre autres aux méthodes numériques. Un bon moyen de savoir si la méthode utilisée est appropriée consiste à diviser le pas d’intégration par deux. Si le comportement simulé change, vous avez affaire à un problème d’intégration numérique, et tant que ce comportement dépend du pas d’intégration, la méthode est inappropriée.

Activités
– Construisez un modèle Stella d’oscillateur harmonique.
– Simulez le mouvement de ce dernier en adoptant :

• la méthode d’Euler
• la méthode de Runge-Kutta d’ordre 2
• la méthode de Runge-Kutta d’ordre 4

et en utilisant différents pas d’intégration avec chacune de ces méthodes.

Voir aussi :
– L’oscillateur harmonique
– Rotation et oscillation
– Le saut à l’élastique
– Saut à l’élastique, cas général
– Circuit électrique et oscillateur harmonique
– Oscillations
– Exercices sur les oscillations harmoniques

From Wolfram Demonstrations Project :
– Harmonic Oscillation
– Superposition of Waves

Wolfram Demonstrations Project : mode d’emploi