Brevet FR2117710A1 — publié le 19720728

L'objet de la présente invention est un objet gadget se composant essentiellement de deux pièces, l'une fixe, l'autre mobile. Comme on le verra par la suite, la mobilité de l'une ou la fixité de l'autre sont des notions relatives. Suivent un mode de réalisation simple, la pièce fixe se compose d'une tige droite filetée {plecde verticalement ou faisant un angle déterminé avec la verticale) et la pièce mobile d'une rondelle de type classique, c'est-i-dire circulaire, d'épaisseur constante et percée en son centre d'un trou circuluire. Placée à la partie supérieure de la tige, la rondelle peut se comporter de plusieurs façons, elle peut, en particulier soit restée bloquée en haut de la- la--tige soit tomber pratiquement en chute libre le long de la tige. Le premier de ces comportemente caractérise les rondelles dont le diamètre du trou central est relativement petit; le second, les rondelles dont le diamètre du trou central est relativement grand. Entre ces deux comportements types extremes, le comportement particulier de la rondelle fait l'objet de la présente invention. I1 se trouve que ce comportement particulier est directement fonction des nombreuses conditions de l'expérience et que pour préciser celles d'entre elles qui sont agissantes, on puisse faire appel à un certain nombre de paramètres Citons sans les nommer tous, l'angle de la tige filetée avec la verticale les caractères géométriques des pièces {diamètre de la tige filetée, forme dt pas du filetage, diamètre intérieur et extérieur, épaisseur de la rondelle)le le coefficient de frottement de la rondelle sur la tige, la densité de la rondelle et son moment d'inertie polaire, ses carac- téristiques aérodynamiques, etc. Cette série de paramètres que nous appellerons paramètres conditions ne sont pas tous indépendants les uns des autres. Parmi les différentes manifestations possibles de ce comportement particulier de la rondelle on distinguera en particulier Dans un premier cas le mouvement de la rondelle se caractérise par une rotation en descendant le long et autour de la tige, rotation accomragnée d'un papllottement, le mouvement dans ce cas étant sensiblement uniforme et fidèle, c'est-à-dire reproductible à volonté pratiquement identique à lui-même. L'analyse d'un tel mouvement est effectuée plus loin. L'uniformité du mouvement est, en particulier, dû à la stabilité des paramètres définis ci-dessus. Dans ces conditions le dispositif peut être utilisé en particulier pour mesurer le temps ou simplement pour amuser l'oeil par le-coté original et amusant de ce mouvement papis lotant. Dans un second cas le mourement de la rondelle est sensiblement analogue à celui du cas précédent mais s'en distingue.parce qu'au lieu d'entre uniforme ce mouvement est varié. La variation du mouvement est essentiellement due à la variation des paramètres. (Il suffit par exemple d'huiler la tige sur une partie de sa hauteur pour qu'à ce niveau la vitesse de rotation et de descente de la rondelle s'accroisse) Dans ces conditions le dispositif peut encore être utilisé pour son coté plaisant ou même pour mesurer le temps si les variations du mouvement sont cornues et prévisibles. Dans un troisième cas le mouvement de la rondelle, sensible à des variations, même infimes et imperceptibles, des conditions de l'expérience c'est-à-dire des paramètres, semble de ce fait, irrégulier ou fantaisiste. Dans ce cas il peut même changer de nature d'une façon imprévisible, papillotant par exemple sur un tronçon de la tige et en chute libre sur un tronçon de la même tige calibrée et filetée d'une façon pratiquement identique. Dans ce cas le caractère aléatoire du mouvement le rend incontrolable ou difficilement controlable. Dans ces conditions le gadget peut toujours être utilisé pour son caractore amusant ou inutile mais il peut également être utilisé pour ce caractère aléatoire ou difficilement controlable du comportement de la rondelle. Nous allons maintenant décrire plusieurs modes de réalisation donnés à titre d'exemples non limitatifs, dont le caractère particulier ne prétend pas restreindre la généralité de l'invention. Selon le premier mode de réalisation, représenté figure I, le dispositif comprend une tige filetée verticale I, fixée à chaque extrémité dans un socle en bois 2 et 3, tous deux identiques de telle sorte que le gadget puisse reposer indifféremment sur le socle 2 ou sur le socle 3. Une rondelle métallique 4 est enfilée sur la tige I. Les dimensions respectives de la tige, de son filetage et de la rondelle sonttelles que la rondelle abandonnée à son propre poids ne puisse descendre librement le long de la tige ;ais qu'au contraire cette descente de la rondelle ne puisse s'effectuer qu'en papillotant selon ce mouvement particulier propre a l'invention. Ce gadget pourra être utilisé comme le sertit un sablier pour mesurer le temps. Pour- ce faire on retourne l'appareil 1comme un sablier), la rondelle qui, de la position basse, se trouve brusquement à la position haute, se met à descendre le long de la tige en papillotant d'un mouvement uniforme et sensiblement constant d'une manipulation à une autre.Si l'appareil est réglé pour que la descente s'effectue en une minute, ou que des repères correspondant à une minute sont placés sur la tige, on dispose d'in minutier. L'appareil peut éventuellement être complété par one protection constituée d'un tiibe de verre (non représenté sur la figure I) dont l'axe longitudinal coincide avec celui de la tige filetée. Les repnres éventuels peuvent naturellement être gravés sur le verre de protection. Selon un second mode de réalisation, le dispositif, représenté figure 2, comprend une tige filetée verticale 5, fixée à sa. base sur lin socle 6 par l'intermédiaire d'un ressort hélicoïdal 7, suffisamment rigide pour soutenir la tige verticalement et la ramener dans cette position quand elle en a été écartée. Une rondelle 8 est enfilée sur la tige verticale 5. Cette derniore est coiffée à sa. partie supérieure d'une bille de bois 9, organe sur lequel une poussée latérale de la main permet précisément d'incliner la tige. Les dimensions de la tige du filetage et de la rondelle sont telles que, compte tenu des autres caractéristiques de l'appareil et d'une façon générale des autres conditions de l'expérience, la rondelle placée au sommet de la tige puisse descendre le long de celle-ci, soit en papillotant, soit en chute libre, d'une façon difficile a prévoir. L'appareil est utilisé comme un jeu qui consiste à essayer d'obtenir que la descente de la rondelle soit la plus longue possible, en ne jouant que sur l'inclinaison de la tige. Enfin selon un troisième mode de réalisation,, le dis positif peut être utilisé comme un gadget fantaisie parfaitement inutile. L'appariez ne diffère pratiquement pas du premier mode de réalisation indiqué plus haut ou peut n'en différer que par les dimensions relatives de la tige, du filetnge et de la rondelle de telle sorte que le mouvement ippillotant au lieu d'entre obligé et uniforme présente Fll contraire, des caractères aléatoires. l'utilisateur en retournant son appareil obtient un mouvement de la rondelle qui peut l'amuser par son caractère insolite. Dans les descriptions qui préchdent et qui suivent, dans les exemples de réalisation mentionnés, certaines caractéristiques ont été définies d'une manière restrictive par simplification, Quoique l'invention ne soit pas limitée au do maine des dispositifs répondant exactement à ces--définitions restrictives. C'est ainsi que la-tige qui est plus simplement rectiligne peut être au contraire courbe, contournée ou même fermée sur-elle-même en formant par exemple un grand anneau circulaire. C'est ainsi également que le filetage peut avoir des caractères géométriques particuliers. Dans ces conditions la hauteur du filet peut être très faible- ou même nulle.Dans ce cas la tige nta pas de-filetage et le dispositif rentre encore dans le domaine de l'invention si la rondelle peut avoir un mouvement de descente le long de la tige qui soit autre qu'unie descente en chute libre lil faut en particulier alors que le coefficient de frottement des deux matériaux, tige et rondelle, soit suffisamment élevé). Le filet peut encore être remplacé par toute disposition jouant un rôle similaire telle que cordons, bossa.ges continus ou non. Enfin la rondelle elle-même décrite et figurée comme plane et circulaire pa.r simplification peut avoir une forme beaucoup plus fantaisiste. Elle peut non seulement ne pas être de révolution mais meme s' écarter sensiblement de la symétrie. Elle peut supporter des objets fixes ou mobiles par rapport à elle, dans un seul but décoratif ou même pour modifier ses propriétés normales. Par exemple des plumes collées et dépassant de la rondelle peuvent modifier d'une façon très importante ses propriétés aérodynamiques. I1 importe d'analyser maintenant le mouvement particulier de la rondelle. Sur la figute 3 est représentée la rondelle IO de centre O et d'axe principal de symétrie oz orienté vers le haut de o-vers z. Le p2an de la rondelle est ici perpandiculaire au papier. Soit ox et oy deux-droites perpandiculaires de ce plan La droite oy éta.nt dirigée vers l'oeil de l'observateur, la droite représentation de cette/oy se confond donc a.vec le point o. Ce système d'axes ox, oy,oz est rectangulaire. Le seul mouvement de la rondelle qui soit possible par rapport au système d'axe oxyz tel qu'il vient dJêtre défini est un mouvement de rotation autour de oz. Soit un tel mouvement uniforme, défini par sa vitesse angulaire w. Nous l'appellerons mouvement tertiaire Soit un point fixe o', situé sur le prolongement vers le bas de l'axe oz donc au dessous de la rondelle. Par définition le segment oo' est constant. O' = a. Soit o'z' la verticale de o' orientée vers le haut donc de o' vers z's Sur la figure 3 la verticale o'z' est dans le plan du papier et forme avec o'z un angle que par définition nous considérons comme constant. g = constante. Les droites ox et o'z' sont donc toutes deux dans le même plan (vertical). Elles se rencontrent en un point R. Soit o 'x et o'y' deux droites passant par o', perpendiculaires entre elles et perpendiculaires à o'z'. Les droites o'x', o'y' et o'z' forment un nouveau système d'axes rectan- glaires, le plan x'o'y' étant un plan horizontal et les droites o'x' et o'y' gardant par définition une direction fixe dans l'espace. On peut imPginer-un mouvement du système oxyz par rapport aii système o'x'y > z' considéré comme fixe. Un tel mouvement peut être défini comme une rotation du système xoyz autour de la verticale o'z'. Dans ce mouvement la droite o'oz décrit un cône de sommet o' et le triangle oo'R reste identique à lui-meme. Les point o' et R restent fixes tandis que le point o décrit un cercle horizontal centré sur l'axe o'z'.Si ce mouvement est uniforme il est entièrement défini par sa vitesse angulaire '. Nous appellerons ce mouvement "mouvement secondaire" Soit un troisième système d'axe de coordonnées rectangulaires o''x''y''z'' tel que x''o''y'' soit que x'o'y'' soit un plan horizontal tel que l'axe vertical z'' soit confondu avec z' et enfin tel que les droites o''x'' et o''y'' soient respectivement parallèles à o'x' et o'y'. On peut imPginer un mouvement du système d'axe o'x'y'z' par rapport au système d'axe o''x''y''z'' considéré comme fixe. Un tel mouvement peut être défini comme une translation faisant glisser vers le bas, à partir d'une position origine o'' le point o' sur la verticale o''z'' d'une vitesse uniforme v'', les axes o'x' et o'y' gardant chAcun iine direction fixe et par con séquent restant parallèles à o''x'' et o''y''. Un o''y'''. Un tel mouvement est entièrement défini par la valeur de v'' qui correspond à la vitesse de croissance du segment vertical o"o'. Nous appellerons ce mouvement "mouvement primaire". La figure 3 représentant le segment o "o' non nul, correspond donc à un instant postérieur à l'instant origine du mouvement. Les trois mouvements, primaire, secondaire et tertiaire définis ci-dessus indépendamment les uns des autres peuvent avoir lieu simultanément. Dans ce cas la rondelle décrit par rapport au système fixe o"x"y"z" un mouvement complexe résultante des trois mouvements précités. Un tel mouvement complexe est entièrement défini quand on donne des valeurs déterminées aux différents paramètres ,wi,v', o( et a que nous appellerons paramètres mouvement, pour les distinguer des paramètres conditions. Or on constate expérimentalement que pour tout un jeu de valeurs des paramètres conditions une rondelle qui descend le long d'une tige filetée sous son propre poids peut avoir un mouvement complexe sensiblement tel que nous venons de l'analyser, le système d'axe o"x"y"z" étant solidaire de la tige et celle-ci ayant son axe longitudinal coicidant avec o"z". On constate également que les paramètres du mouvement à un instant donné sont fonction, d'une part de la position et de la vitesse de la rondelle à ce même instant et d'autre part de la valeur des paramètres conditions à ce même moment. A des paramètres conditions fixes répondent des paramètres mouvement fixes et le mouvement dans ce cas est uniforme. Dans l'analyse qui précède, le système o"x"y"z" est fixe et o"z" est vertical, cette disposition ne constitue en fait qu'un cas particulier par suite du fait que la tige filetée est alors parallèle et fixe par rapport au champ gravita ire. En fait le phénomène et le domaine de l'invention ne se limitent pas à ce cas. Le système d'axe fixe de référence, c'est-à-dire- fixe dans l'espace peut être tout autre. C'est ainsi que si le système d'axe fixe est o'x'y'z', le système d'axe o"x"y"z" monte vers le haut avec une vitesse v". Dans ce cas la tige filetée se déplace vers le haut de telle sorte que la rondelle pppill otte sur place en quelque sorte puisqu' elle ne monte ni ne descend. C'est ainsi également que le système d'axe fixe peut être un système d'axe lié à la rondelle. Celle-ci est alors immobile et par exemple horizontale ; un dispositif de cette sorte peut être réalisé en perçant un trou circulaire dans une tole plane horizontale. la tige filetée est alors la partie mobile. Si elle est rectiligne, elle décrit un cône de révolution, tout en descendant dans l'orifice de la tôle. REVENDICATIONS I . - Dispositif gadget constitué d'une tige filetée rectiligne verticale et d'une rondelle enfilée sur cette tige, caractérisé en ce que les caractères géométriques des éléments en présence, et d'une façon générale, compte tenu des autres conditions existantes pouvant intervenir sur le mouvement de la rondelle, permettent à la. rondelle soumise à des forces extérieures et en patticulier à lR gravité, de prendre un mouvement autre que la chute libre le long de la tige, caractétisé encore en ce que le mouvement de la rondelle soit pratiquement uniforme et éventuellement reproductible à volonté. 2 . - Dispositif gadget, selon la revendication I mais s'en distinguant etcaractérisé par le fait qlle 1 mouvement de la rondelle peut ne pas être uniforme mais vnritble d'une façon déterminée et intangible, ou dont on puisse faire varier le mouvement en modifiant les conditions de fonctionnement. 3 . - Dispositif gadget selon la. revendication I mais s'en distinguant et caractérisé par le fait que le mouvement de la rondelle puisse être irrégulier ou instable, ce mouvement pouvant même éventuellement changer de nature d'une façon imprévisible la rondelle tantot papillotant, tantot tombant en chute libre d'une façon a.léatoire ou difficilement controlable. 4 . - Dispositif gadget selon la revendication I 2 - ou 3 mais s'en distinguant par le fait que la tige peut ne pas être filetée, peut également ne pas être rectiligne, peut également ne pas être verticale, peut être fermée sur elle-meme, enfin peut être mobile ou manoeuvrable. 5 . - Dispositif gadget selon l'une ou plusieurs des revendications précédentes niais s'en distinguant par le fait que la rondelle au lieu d'avoir la forme classiaue circulaire de ces pièces puisse avoir iine forme quelconque pourvu que cette forme soit compntible avec le role joué normalement par la rondelle dans le dispositif selon les revendications précédentes. 6 . - Dispositif gadget selon l'une des revendica.tions précédentes mais s'en distinguant et caractérisé en ce que la tige filetée aii lieu d'etre fixe dans l'espace, c'est-à-dire par rapport à un système d'axe lié à la terre, puisse au contraire avoir une certaine mobilité, mobilité qui peut-- etre, par exemple, une simple rotation sur elle-même, une simple translation sur elle-même, ou un mouvement complexe qui, par exemplespeut éventuellerent être tel que ce soit la rondelle qui reste fixe par rapport aux axes de référence.