Réaliser un bon compte rendu de TP

Introduction

Dans un compte rendu de TP, il faut répondre aux questions posées, mais aussi savoir porter un regard critique sur l’expérience, le matériel utilisé, les instruments de mesure, les résultats des manipulations, les écarts aux valeurs théoriques attendues ...
Vous devez aussi obtenir de bons réflexes quant à la manipulation des grandeurs et de leur unités, quant à l’utilisation des appareils de mesure ou de votre calculatrice.

Généralités

Pour un bon compte rendu :

il faut répondre aux questions posées en apportant toutes les précisions et justifications nécessaires ;
il faut joindre les documents demandés (schémas, courbes, enregistrements, ...) en leur donnant un titre et en les annotant (point(s) recherché(s) sur une courbe, précisions relatives au matériel, ...).

Grandeurs physiques et unités

Une grandeur physique est une grandeur que l’on mesure ou que l’on calcule : une longueur, un poids, une masse, une force, une quantité de chaleur, une tension, une intensité, une pression ... sont des grandeurs physiques.

Ces grandeurs peuvent être exprimées dans plusieurs unités, mais une unité seulement est appelée "unité du système international". C’est cette unité qu’il faut utiliser dans les formules de calculs et en général, en exprimant une grandeur en unité SI, on élimine bien des erreurs. Donc par exemple :

Une longueur peut être mesurée en centimètre (cm), millimètre (mm), mètre (m), kilomètre (km) ... mais l’unité SI de longueur est le mètre (m).
Un angle peut être mesuré en degré () ou radian (rad) ... l’unité SI est le radian (rad).
Une pression peut être mesurée en Pascal (Pa), en bar (bar), en millimètre de mercure (mm d’Hg) ... mais l’unité SI est le pascal (Pa).

Dans un compte rendu de TP, pensez à préciser les unités et utilisez si possible celles du système international.

Utilisation des appareils de mesure : notice, calibre

Notice

Pour tous les appareils utilisés en TP existe une notice qui en décrit le fonctionnement. Si vous avez une interrogation ou un doute sur l’utilisation d’une fonction de cet appareil, reportez vous à sa notice ; vous pourrez également trouver des informations concernant la précision des mesures.

Calibre

Les appareils de mesure munis de calibres doivent être réglés pour obtenir le maximum de précision : depuis longtemps, vous savez que sur un voltmètre, un changement du calibre de l’appareil change la précision de la mesure.

Exemple de choix de calibre : On cherche à mesurer une tension d’environ 1V, vous avez le choix entre le calibre 20V et le calibre 2V, lequel utilisez-vous ?
Tout d’abord rappelons qu’avec un calibre réglé sur 2V, la tension maximale mesurable vaut 2V. Le résultat de la mesure d’une tension d’environ 1V sera plus précis avec ce calibre, car sa valeur est immédiatement supérieure à la valeur que l’on cherche à mesurer.

Pour avoir le maximum de précision sur une mesure, on choisit le calibre immédiatement supérieur à la valeur que l’on cherche à mesurer. Si on ne connaît pas l’ordre de grandeur de ce que l’on mesure, on choisit le plus grand calibre pour commencer la mesure, puis on affine le réglage.

Incertitudes

Les calculs d’incertitudes peuvent vous paraître abstrait, mais c’est l’évaluation de l’incertitude d’une mesure ou d’une série de mesure qui permet de tester leur validité.Le calcul d’incertitude fait donc l’objet d’un document de référence, qu’il faut savoir utiliser.

Précision des grandeurs mesurées et calculées: chiffres significatifs

Une expérience est souvent composée d’une prise de mesures et de la réalisation d’un calcul qui utilise les grandeurs mesurées. La précision des grandeurs mesurées fixera la précision avec laquelle on obtiendra la grandeur calculée.

Une grandeur mesurée est d’autant plus précise qu’elle comporte un grand nombre de chiffres significatifs..

Exemple : \(0{,}520 = 5{,}20\times 10^{-1}\) comporte 3 chiffres significatifs (le zéro de droite compte) est moins précis que \(0{,}009026 = 9{,}026\times 10^{-3}\) qui comporte 4 chiffres significatifs.
Une grandeur calculée ne peut pas être plus précise que la moins précise des grandeurs mesurées utilisées dans le calcul.

Exemple : soit le calcul \(L=\frac{0{,}300\times4{,}180\times(15-7{,}0)}{0{,}069}\). La calculatrice donne le résultat avec un nombre de chiffres qui dépend de son réglage. Ici on obtient \(L = 145{,}3913043\). Parmi les grandeurs mesurées utilisées, les moins précises comportent deux chiffres significatifs, on ne doit donc garder que deux chiffres aux résultats du calcul : on écrit \(L = 1{,}5\times 10^2\).

Il ne faut donc jamais écrire tous les chiffres que donne la calculatrice.

Remarque

Les règles concernant les chiffres significatifs dans les calculs sont simples en cas de multiplication, division, addition ou soustraction. En ce qui concerne l’utilisation de fonctions trigonométriques, exponentielles ou logarithmique, cela devient plus compliqué.

Critiquez, commentez vos résultats

Calcul d’une grandeur que l’on trouve dans les "tables"

Lorsqu’on effectue une expérience qui permet de retrouver une grandeur connue (intensité de la pesanteur, chaleur latente de fusion de l’eau ...), on se doit de vérifier la validité de la mesure.

Si une évaluation de l’incertitude sur la mesure a été conduite, on regarde si la valeur tabulée appartient à l’intervalle défini par l’incertitude. Dans ce cas, on valide l’expérience, dans le cas contraire, on cherche ce qui ne va pas (biais, incertitude sous-estimée ...).

On peut aussi calculer un pourcentage d’erreur entre valeur théorique et valeur expérimentale :

Calcul d’un pourcentage d’erreur : \[ \%_{\text{erreur}} = \dfrac{|\text{valeur expérimentale}-\text{valeur théorique}|}{\text{valeur théorique}}\times 100 \]

Si le \(\%_{erreur}\) est supérieur à l'incertitude relative de la mesure (\(100\times \Delta x/x\)), il y a désaccord et il faut chercher sa source (biais, incertitude sous estimée, ...).Sinon, le résultat expérimental est validé.

Ecart relatif entre deux grandeurs

On peut avoir besoin de comparer deux mesures d’une grandeur, sans que l’on connaisse la vraie valeur de cette grandeur. On peut utiliser alors l’écart relatif :

Ecart relatif entre deux mesures : \[\text{Ecart relatif} = \dfrac{|\text{mesure 1}-\text{mesure 2}|}{\frac{\text{mesure 1}+\text{mesure 2}}{2}}\times 100 \]

On peut également voir si les deux mesures sont compatibles grâce aux incertitudes sur celles-ci : les deux encadrements de la valeur mesurée doivent se chevaucher.

Vérification d’une loi, utilisation d’un modèle

Nous sommes souvent amener à prendre des mesures afin de vérifier la validité d’une loi. Dans ce cas, on a recourt à un tableur-grapheur dans lequel on entre les points de mesures puis on réalise une modélisation en choisissant la forme du modèle désiré (linéaire, affine, exponentielle, ...). Le logiciel cherche les paramètres qui permettent la modélisation et nous les fournit. Mais on peut avoir besoin d’ajuster le modèle grâce à notre regard critique.

Sur une représentation graphique, on ne doit pas supprimer des points de mesure, mais justifier leur mise à l’écart:

Un point de mesure erroné peut être le résultat d’une mauvaise manipulation auquel cas, il convient de refaire la mesure.
Un point de mesure peut s’écarter sensiblement des autres points sans pour autant être le fruit d’erreurs de mesure : il est possible que les conditions de mesures de ce point ne satisfassent plus à la loi considérée (ex : les frottements ne sont plus négligeables pour ce point, les angles sont trop grands, ...). On peut alors expliquer ce fait et exclure le point en question de la recherche du modèle (le tableur-grapheur permet cela).

A l’issue de cette modélisation, on peut confondre un paramètre donné par le tableur-grapheur avec une grandeur théorique connue. Selon les réglages (tracé d’ellipses d’incertitude, méthode du \(\chi^2\)), le logiciel peut aussi nous fournir l’incertitude de mesure sur le paramètre ce qui peut permettre de valider la série de mesure.