Brevet FR2201467A1 — publié le 19740426

L'invention concerne un dispositif de mesure de déplacements , et en particulier un dispositif de mesure de déplacements d'un ou plusieurs mobiles sur une trajectoire définie , en fonction du temps L'invention s'applique particulièrement à l'étude des mouvements dans le cadre de l'enseignement secondaire et supérieur. Les méthodes classiques d'étude des mouvements d'un mobile utilisent soit la mesure du temps de parcours d'un mobile entre diverses séries de deux points dont l'écartement est connu , soit la mesure de la vitesse d'un mobile en des points déterminés , soit encore l'enregistrement photographique d'une rampe à tubes de néon excités à fréquence industrielle par un récepteur électronique lié au mobile parcourant la rampe Les deux premières méthodes sont longues et nécessitent de renouveler plusieurs fois le même expérience sans en modifier ls facteurs ; la dernière ne peut être utilisée que dans le noir, la photographie doit être agrandie pour permettre des mesures , et en cas d'étude des chocs entre deux mobiles , on ne peut distinguer les points correspondant aux deux mobiles Ayant pour but d'éviter les inconvénients précédents ,la présente invention a pour objet un dispositif de mesure des déplacements d'un ou plusieurs mobiles sur une trajectoire définie caractérisé en ce qu'il comporte une série de détecteurs photosensibles régulièrement répartis le long de ladite trajectoire , un écran lié au mobile et susceptible d'occulter les détecteurs ,un enregistreur graphique à style inscripteur , et un circuit électronique assurant la commande des mouvements du style à chaque occultation Le dispositif selon l'invention procède par mesure des temps de parcours d'espaces égaux L'invention est décrite ci-après avec référence au dessin annexé sur lequel on peut voir Figure t , une vue en coupe transversale d'une règle à coussin d'air utilisée comme support de déplacement dans le dispositif de mesure selon l'invention Figure 2 , une vue perspective de la règle de la figurez1. Figure 3 , un schéma du circuit électronique de commande de l'enregistreur graphique utilisé conjointement avec la règle de la figure 1 Figure 4 , un diagramme représentatif des enregistrements graphiques et des trajectoires en fonction du temps dans le cas d'un choc de deux mobiles de même masse Figure 5 , un diagramme représentatif de la réflexion d'un mobile sur un obstacle fixe Figure 6 , un diagramme représentatif du déplacement d'un mobile animé d'un mouvement uniformément accéléré En se reportant au dessin , on peut voir une règle à coussin d'air 1 (Fig.2) , particulièrement bien adaptée à l'étude des mouvements sans frottement , sur laquelle se déplace un mobile 2 portant un écran 3 .Des détecteurs photosensibles 4 ( cellules photoélectriques par exemple) sont régulièrement espacés le long de la règle , et occultés lors du passage de l'écran Sur la figure 1 , on voit que la règle comporte une base d'appui 5 , une chambre inférieure 6 dans laquelle sont disposées les sources de lumière 7 éclairant les cellules photoélectriques 4 à travers des orifices B , un socle 9 portant les boitiers 10 et 10' des cellules 4 et 4' disposées respectivement de part et d'autre de la règle , et une chambre supérieure tl dans laquelle est insufflé de l'air .Cette chambre supérieure est percée de petits trous 12 par où flair s'échappe en supportant le mobile 2 Sur la figure 3 , les sources lumineuses 7 sont représen- tées alimentées en parallèle par une tension continue obtenue par redressement eç 13 et filtrage en 14 d'une tension alternative Cette tension continue alimente aussi un premier transistor 15 et un deuxième transistor 16 Dans le circuit de base du premier transistor 15 sont disposés en série les différents détecteurs photosensibles 4 disposés d'un même côté de la règle I . Le collecteur du premier transistor tS est relié d'une part à le base du second transistor 16 , d'autre part à la masse par l'intermédiaire d'une résistapce 17 .Le collecteur du second transistor 16 est relié , éventuellement par l'intermédiaire d'un circuit de puissance 15 ( transistor de puissance par exemple) , à l'enroulement de commande 19 d'un enregistreur graphique à style 20 par exemple . Une diode 21 est montée en parallèle sur ltenroulement 19 Selon l'invention , une pluralité d'enregistreurs peuvent être montés à la sortie du circuit de puissance 18 Le fonctionnement du dispositif est le suivant : lorsque tous les détecteurs photosensibles 4 sont éclairés , la résistance du circuit de bsse du transistor 15 est suffisaFOent faible pour que la base du transistor 15 soit polarise négativement par rap port h metteur .Le transistor 15 est donc conducteur et le transistor 16 bloqué : aucun courant ne passe dans l'enroulement 19 Lorsqu'une cellule est obscurcie , se résistance devient très grande et le transistor 15 se bloque . A travers la résistance 17 , un potentiel négatif est appliqué à la base du transistor 16 qui devient conducteur et ltenroulement 19 est excité , le style 20 enregistrant alors un signal . La diode 21 absorbe l'extra- courant de rupture lorsque le transistor 16 redevient bloqué L'enregistreur graphique utilisé est par exemple un enregistreur à bande de pepier , à déroulement continu , à vitesse constante .L'écart entre deux signaux du style sur la bande est proportionnel au temps mis par le mobile pour parcourir la dis tance séparant deux cellules Dans le cas où l'on utilise deux mobiles , l'un d'eux porte un écran occultant les cellules 4 disposéesA'un coté de la règle , l'autre un écran occultant les cellules 4' disposées de l'autre côté de la règle . Pour chaque série de cellules , il faut prévoir un circuit de commande d'un style conforme à celui de la fi gure 3 . Les deux styles peuvent inscrire sur le même enregistreur. La figure 4 représente les courbes des espaces parcourus en fonction du temps per deux mobiles M1 et M2 de même masse avec transmission intégrale de la quantité de mouvement . La première ligne d'enregistrement correspond au mobile M1 , la seconde au mobile M2 Sur la figure 5 , un mobile est réfléchi par un obstacle fixe . Sur la figure 6 , le mouvement du mobile est uniformément accéléré Dans les exemples illustrés ci-dessus , il s'agit tou jours d'un mouvement rectiligne uniforme ou uniformément varié L'invention s'applique parfaitement au cas d'un mouvement sinusoldal ou d'un mouvement circulaire . Dans ce dernier cas , par exemple , il suffit de disposer une cellule photoélectrique en un point d'une trajectoire circulaire , l'espace élémentaire étant le tour ou le demi-tour , on pourra mesurer les temps séparant les occultations de la cellule par un seul écran ou deux écrans diamétralement opposés , respectivement Dans le cadre de l'enseignement en laboratoire , l'in Invention s'applique de façon très avantageuse aux manipulations en groupe . En effet , avec un seul support de mobiles et une seule expérience , on peut alimenter plusieurs enregistreurs graphiques simultanément . Les enregistrements sont tous identiques et les résultats de mesure sont concordants Les règles à coussin d'air étant coûteuses , le fait c'en utiliser une seule et de commander à l'aide de circuits simples une série d'enregistreurs peu onéreux constitue un avantage important , et présente un intérêt certain REVENDICATIONS t - Dispositif de mesure des déplacements d'un ou plu sieurs mobiles sur une trajectoire définie , caractérisé en ce qu' il comporte : une série de détecteurs photosensibles régulièrement répartis le long de ladite trajectoire , un écran lié au mobile et susceptible d'occulter les détecteurs , un enregistreur graphique à style inscripteur , et un circuit électronique assurant la commande des mouvements du style à chaque occultation 2 - Dispositif de mesure selon la revendication 1 caractérisé en ce que le circuit électronique de commande comporte un premier transistor dans le circuit de base duquel tous les détecteurs photosensibles sont montés en série , et un deuxième transistor dont la base est commandée par le premier transistor , le deuxième transistor alimentant l'enroulement de commande des mouvements du style , une résistance étant montée dans le circuit de base du deuxième transistor 3 - Dispositif de mesure selon la revendication 2 caractérisé en ce qu'une diode est montée en parallèle sur de commande du style 4 - Dispositif de mesure selon la revendication t caractérisé an ce que chaque détecteur photosensible est éclairé par une source lumineuse 5 - Dispositif de mesure selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la trajectoire du mobile est une règle à coussin d'air , les détecteurs photosensibles étant des cellules photoélectriques éclairées par des sources lumineuses logées dans le corps de la règle 6 - Dispositif de mesure selon la revendication 5 caractérisé en ce que deux séries de détecteurs photosensibles sont disposées symétriquement par rapport à la règle , une série étant occultée par l'écran d'un premier mobile , l'autre série étant occultée par l'écran d'un deuxième mobile , chacune des deux séries commandant un style distinct de l'enregistreur 7 - Dispositif de mesure selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité d'enregistreurs montés en parallèle et commandés simultanément par le même circuit électronique de telle sorte que les résultats des mesures effectuées sur une seule règle soient disponibles pour une pluralité d'utilisateurs 8 - Dispositif de mesure selon la revendication 7 ca ractérisé en ce que les différents enregistreurs sont comman dés par l'intermédiaire d'un étage de puissance 9 - Dispositif de mesure selon la revendication 2 caractérisé en ce qu'il comporte , entre le deuxième transis tor et l'enroulement de commande des mouvements du style , un étage de puissance 10 - Dispositif de mesure selon l'une quelconque des revendications 1 ou 7 caractérisé en ce que la trajectoire est circulaire , et en ce qu'un seul détecteur photosensible est utilisé