Protocole n°1 - n°2

 1 - PROTOCOLE DE LA VISUALISATION DE LA FREQUENCE PROPRE DE MODELISATIONS DE BATIMENTS

    But: Observer et mettre en évidence la différence des fréquences propres des bâtiments en fonction de la hauteur, de la masse et du type de matériaux

 

    Matériel:

- deux tours en métal de même hauteur 25 cm, avec un poids amovible

- une tour en métal de 40cm de hauteur

- trois réglettes de hauteur et largeur identiques mais dans des matériaux différents: métal, plastique et bois

 

    Étapes:

On écarte chaque construction de sa position de stabilité et on observe le mouvement d’oscillation qu’elle effectue pour retourner à sa position de repos.

On procède par comparaison entre les constructions pour observer laquelle a une fréquence plus rapide car nous n’avons pas les moyens de mesurer ces fréquences.

 

Observations:

-Comparaison de la grande tour et de la petite tour: La grande tour retourne à sa position d’équilibre avec une fréquence beaucoup plus lente que la petite tour. Quand on fait varier la longueur du déplacement initial, la fréquence des oscillations lors du retour à la position de repos ne change pas mais l’amplitude change.

- Comparaison entre les deux tours identiques: la fréquence des oscillations est la même

- Comparaison entre les tours identiques lorsqu’on ajoute une masse au sommet de l’une d’elle: la tour qui a la masse a une fréquence propre plus lente.

- Comparaison entre les réglettes de bois, métal et plastique: Celles en métal et plastique ont des oscillations d’une fréquence très proche, légèrement plus rapide pour celle en plastique. Le bois par contre a une fréquence beaucoup plus rapide.

 

    Interprétations:

On peut voir clairement que chaque construction lorsqu’elle est déviée de sa position de repos retourne à sa position d’équilibre en faisant des oscillations à une fréquence particulière. Cette fréquence, appelée "fréquence propre" ne dépend pas de la longueur du déplacement initial mais uniquement des caractéristiques de la construction, c'est-à-dire la taille, la masse des bâtiments et leur matériau.

 

  2 - PROTOCOLE DE LA VISUALISATION DE LA FREQUENCE DE RESONANCE DE MODELISATIONS DE BATIMENTS

   But: Mettre en évidence le phénomène de résonance des bâtiments lorsque la fréquence des mouvements du sol coïncide avec leur fréquence propre

 

   Matériel:

  - Une table vibrante reliée à un Générateur à Basse Fréquence

  - deux tours en métal de même hauteur, 25cm, avec un poids amovible

  - une tour en métal de 40cm de hauteur

  - trois réglettes de hauteur et largeur identiques mais dans des matériaux différents: métal, plastique et bois

 

   Étapes:

       On procède par comparaison entre les constructions pour observer le phénomène de résonance en fonction de la fréquence propre. On met deux constructions fixées sur un même socle, lui-même fixé sur la table vibrante. On fait varier la fréquence de la table vibrante. L’amplitude est constante. On observe les mouvements des constructions.

 

   Observations:

   -Comparaison de la grande tour et de la petite tour: Lorsque la fréquence est lente, la grande tour entre en résonance alors que la petite tour oscille très peu. Quand la fréquence est rapide, c’est la petite tour qui entre en résonance alors que la grande tour est quasiment immobile.

   - Comparaison entre les tours identiques lorsqu’on ajoute une masse au sommet de l’une d’elle: Lorsque la fréquence est lente, la tour la plus lourde qui a la masse entre en résonance alors que l’autre tour oscille très peu puis quand la fréquence augmente, c’est la tour la plus légère qui entre en résonance.

   - Comparaison entre les réglettes de bois et de plastique: Lorsque la fréquence est lente la réglette en bois ne bouge pas et celle en plastique présente de grandes oscillations puis quand on accélère beaucoup la fréquence, la réglette en plastique est stable mais celle en bois se met à vibrer fortement, mais avec une amplitude de mouvement très petite, due à sa rigidité.

   - Comparaison entre les réglettes de métal et de plastique: Lorsque la fréquence est lente, les deux réglettes oscillent. On observe que la réglette en plastique entre en résonance pour une fréquence très légèrement supérieure à celle pour laquelle celle de métal résonne. Quand la fréquence est rapide les deux réglettes se stabilisent.

 

   Interprétations:

       On peut voir que lorsque la fréquence de vibration de la table coïncide avec la fréquence propre de la structure, il apparaît une amplification des mouvements oscillatoires appelée résonance. Un bâtiment haut ou lourd entrera en résonance avec des ondes sismiques transmises lentes alors qu’un bâtiment bas ou léger entrera en résonance avec des fréquences plus rapides. On voit aussi que les types de matériaux ont une grande importance, on remarque que plus le matériau est rigide, il entrera avec des fréquences de plus en plus rapides.

 

tpe

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