Aide TIPE Pendule de Foucault

[invite4c8a04b9]

Bonjour à tous,
Je fais un TIPE sur le pendule de Foucault et je rencontre un problème majeur.

Pour faire court, je souhaite attirer la masse (fer, 5kg) du pendule vers sa position d'équilibre de manière transitoire (l'attirer lorsque elle arrive vers le centre et ensuite cesser d'appliquer la force qui l'attire afin de laisser la masse repartir sans la ralentir) dans le but d'entretenir le mouvement pour ne pas que mon pendule s'arrête.

Mon principal problème est que je ne vois pas comment attirer cette masse. Je pensais placer une bobine sous le pendule, ne l'alimenter que lorsque la masse arrive, pour que le champ magnetique créé par la bobine attire la masse lors de son passage, mais je sais que l'on fait souvent l'approximation Que le champ magnetique est nul hors de la bobine.... Donc je me demande si cela sera vraiment efficace.

Je vous serais reconnaissante de me donner votre avis,et surtout, si vous avez des idées, n'hésitez pas, ça fait des semaines que je me casse la tête...

Merci d'avance
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[Gwinver]

Il est vrai que le champ magnétique est concentré dans la bobine et que les lignes de champ se referment par des chemins assez long en dehors, mais il est peut être suffisant pour donner le petit coup de pouce nécessaire lors du passage du pendule.
Au besoin, il est possible de placer un noyau métallique magnétique dans la bobine; lors de l'applciation du courant, le barreau s'aimante.
La bobine d'un relais (12V pour automobile par exemple) pourra faire l'affaire.

[invite6dffde4c]

Bonjour.
Heureusement que Foucault n’a pas utilisé un système pour entretenir les oscillations. Car il y aurait eu des mauvaises langues qui auraient dit que la rotation du plan d’oscillation était due à une asymétrie du système d’entretien.
La beauté de la manip de Foucault est qu’il n’y a rien d’autre à quoi on pourrait attribuer le phénomène observé. (À part, de nos jours, l’imbécillité de quelques visiteurs du musée).

Dans votre cas, il faudra que la bobine soit alimentée pendant une courte période au moment où elle arrive près du centre. Il faut que l’impulsion soit asymétrique (dans le temps) pour qu’elle communique de l’énergie au pendule. Vous pouvez envisager de l’alimenter par la décharge d’un condensateur.
Au revoir.

[invite4c8a04b9]

Merci pour vos réponses !

En effet, je n'avais pas pense à utiliser un noyau... Je ferai des tests.

Concernant le condensateur, j'ai peur que la décharge et la charge ne soit trop lente ? Il ne faut pas que le pendule soit ralenti. Cela dit, rien ne nous empêche de le tester !

[A voir en vidéo sur Futura]

[calculair]

Bonjour,

Comme le dit LPFR il faut que le dispositif d'entretien des ooscillations ne provoque pas la rotation du pendule. il faut donc veiller à la symetrie pat rapport au pendule.

Par ailleurs l'énergie d'entretien n'a pas besoin d'etre être élevée ( le calcul peut être assez simple ). L'avantage de la décharge d'un condensateur est quelle limite cette énergie et elle l'injecte en douceur dans le pendule.

La difficulté est d'imaginer le dispositif de synchronisation entre la position du pendule et l'alimentation de la bobine d'entretien des ooscilations; Personnellement je ne mettrai pas de noyeau en fer dans la bobine pour éviter des phenomènes d'hysteresis.

Si vous pouvez disposer d'un pendule de grande longueur et d'une masse de plomb suffisante, il ne sera peut être pas nécessaire d'entretenir les oscillations....

[invite6dffde4c]

Re.
J’ai regardé un peu sur le web [powered Faucault pendulum] pour voir quelle était la solution la plus populaire.
En fait, avoir une pendule court c’est plus compliqué que l’on pense. Parce que le couple appliqué sur la masse (par le fil) a tendance à faire « précessioner » le pendule et lui faire décrire des ellipses. Pour l’éviter il faut que la longueur du fil soit très grande comparée avec les dimensions de la masse.
D’un autre côté, un pendule court a des vitesses de déplacement élevées qui augmentent les pertes aérodynamiques.
L’électroaimant pour donner de l’énergie doit être extrêmement symétrique : un bricolage ne suffit pas.

Beaucoup utilisent une générateur d’impulsions ou un détecteur photoélectrique.
Il y a aussi la possibilité de remplacer l’électroaimant en bas par une bobine torique en haut.
A+

[invite4c8a04b9]

Merci pour vos réponses !

Pour préciser les choses, je vous joins un fichier que j'ai fait qui montre la disposition du système d'entretien que nous avons imaginé.

J'ai encore plusieurs questions :

1) Je ne comprends pas comment la charge et la décharge du condensateur peut être synchronisée avec le passage du pendule...


2) Mon pendule fait 1.7 m et pèse 4 kg et la masse est en fer, il oscille cependant qu'environ 30 min, ce qui est en soit déjà pas mal mais trop peu pour observer la rotation du plan d'oscillation.


3) Pour le problèmes du mouvement qui dévie en ellipses, nous avons utilisé un anneau de Charon avec un système de fixation qui nous permet de le déplacer en hauteur pour pouvoir le placer correctement. Cela ne corrige pas entièrement le problème de ces oscillations mais en grande partie quand même.

4) Le dispositif d'entretien que nous avons retenu est le suivant (cf schéma) :
- on voudrait alimenter la bobine afin qu'elle crée un champ magnétique qui attire la masse, ce qui nous amène au premier problème : quel courant appliquer. Je sais que le champ électrique créé par une bobine est donné par nu0 n i (avec n le nombre de spires par unité de longueur et i l'intensité du courant qui circule dans la bobine), et je suppose qu'il faudra faire des tests pour trouver le fonctionnement optimal.

- Lorsque la bobine arrive au niveau de sa position d'équilibre, le détecteur de lumière devrait ouvrir le circuit afin que le champ magnétique cesse d'être appliqué et que la masse puisse repartir, ou, dans l'idéal, inverser le sens du courant afin que le champ magnétique sens de sens et que la masse soit repoussée.
on a donc choisi d'utiliser un phototransistor ou une photodiode, mais le fonctionnement de ces composants est très complexe et nous n'avons absolument pas les compétences pour comprendre comment s'en servir.

Qu'en pensez vous ?

[invite4c8a04b9]

Si je ne mets pas la pièce jointe ca va être difficile....

[calculair]

Bonjour

Votre système est imparfait, car s'il accélère le pendule dans le sens A vers le centre O, il va le ralentir dans le sens O vers B. Il faut ajouter une temporisation sur l'alimentation de la bobine juste après la coupure d'alimentation, pour éviter de freiner le pendule.


La variation du flux magnetique dans la sphère du pendule va crée un courant électrique induit qui risque d'inter agir avec le champ terrestre et modifier la trajectoire du pendule.

Je n'ai aucune idée de l'importance de cet effet parasite.... ... Il faut peut être démontrer qu'il est négligeable...

[invite4c8a04b9]

Bonjour,

En effet c'est l'un des problèmes sur lesquels nous sommes actuellement en train de réfléchir. Nous nous demandions si en mettant un condensateur en série avec une bobine cela pourrait aider créer une temporisation (en utilisant T=RC) ? Ou il existe des composants électroniques qui permettent simplement de régler une temporisation ?

[Gwinver]

Il faut être prudent en associant un condensateur et uen bobine car on obtient un circuit oscillant, et il y a risque de ne aps maîtriser les oscillations.
Pour obtenir une constante de temps de type RC, il faut associer un condensateur et une résistance.
En fait, sur ce projet, il faut évaluer les durées mises en jeu.
En premier lieu avoir une idée de la période du pendule, probablement de l'ordre de la seconde, voire un peu plus.
Ensuite, il faut déterminer le type de signal désiré dans la bobine.
A priori, on pourrait dire que l'impulsion doit se situer entre l'entrée du champ de la boule dans la zone d'action de la bobine (trait vertical rouge pointillé) et le passage à la verticale du pendule. Il est probable que cette durée soit de l'ordre d'un 1/10° de seconde.
Ayant identifié la durée de l'impulsion de courant, il faut identifier le mode de déclenchement. Comme indiqué, une cellule photoélectrique peut faire l'affaire. Mais, aussi une boucle horizontale placée non loin du passage de la boule, et d'un diamètre équivalent à l'espacement entre les traits rouges, peut générer une légère tension lorsque la boule passe (volontairement limitée pour ne pas freiner la boule). Cette variation, peut déclencher la décharge d'un condensateur dans la bobine, et une diode éviter les oscillations de courant dans la bobine.

[calculair]

Bonjour,

Il y a de nombreuses façon de retarder la mose sous tension de la bobine, par exemple en utilisant un astable avec un temps de basculement adapté à la periode du pendule.

Les remarques de LPFR sont importantes, je crois que vous aveez interet a augmenter a longueur de votre pendule...je ne connais pas les contraintes qui vous limite à 1,7 m...

Je pense que vous avez intérêt à faire ubne recherche sur Google pour s'inspirer de réalisations déjà testées Il semble qu'il y ait de nombreux pièges