Brevet FR2303293A1 — publié le 19761001

L'invention concerne, un dispositif d'étude expérimentale des chocs , particulièrement bien adapté aux travaux de laboratoire d t enseignement . Pour l'étude des chocs dans le plan horizontal , il est connu d'utiliser des tables à coussin d'air , c'est-à-dire des ta- bles soufflantes supportant des mobiles inertes . I1 est connu également d'utiliser des mobiles autoporteurs soufflants , équipés , à l'intérieur , d'un petit compresseur d'air à pile , par exemple ,ou remplis de neige carbonique qui , en se sublimant , fournit le gaz nécessaire à la sustentation du mobile Lorsqu'on étudie les chocs , avec l'un ou l'autre de ces différents appareils connus , ladifficulté réside dans la reproduc- tibilité des expériences pratiques .Quels que soient les moyens utilisés jusqu'à présent pour lancer un mobile sur une table d'ex périmentation , il est très délicat de le lancer plusieurs fois de suite à la même vitesse et dans la même direction . I1 est en con séquence très difficile de repérer des trajectoires avant et après un choc sur un deuxième mobile , et de mesurer les vitesses des deux mobiles sur leurs trajectoires respectives On est alors conduit à ne réaliser qu'unie seule expé rience et la mémoriser par strobophotographie ou néoncinégraphie par exemple .L'inconvénient de ces méthodes est que la photogra- phie sur laquelle les mesures doivent être effectuées est de dim ensions restreintes Ayant pour but d'éviter cet inconvénient et de permettre la reproductibilité des expérimentations , l'invention a pour objet un dispositif d'étude expérimentale des chocs entre deux mobiles caractérisé en ce qu'il comporte : une table rapportée à deux axes rectangulaires passant par son centre ; un lanceur constitué d'un pendule oscillant dans le plan vertical contenant l'un des axes et articulé sur un chariot dont la face avant est conformée en ber ceau ; et des mobiles dont l'un est lancé par le lanceur sur un axe passant par le centre de la table de de l'invention/ D'autres caractérsstiques/ressortiront de la descrip tion qui suit faite en référence au dessin annexé sur lequel on peut voir :: Figure I , une vue en coupe verticale passant par l'axe de la table , du dispositif d'étude des chocs selon l'invention Figure 2 , une vue de dessus du dispositif de la fi gure 1 , dont la règle de mesure a été déplacée en rotation Figure 3 , une vue en coupe d'un exemple de réalisation d'un mobile à neige carbonique comportant un aimant conformément à l'invention en Figure 4 , une vue/perspective d'un mode de réalisation du lanceur selon l'invention En se reportant au dessin , on peut voir que le dispositif selon l'invention comporte essentiellement une table 1 et un lanceur 2 qui sera décrit plus loin (Fig.4) .La table comporte un plateau 3 en matière plastique transparente par exemple , muni de pieds 4 règlables en hauteur pour que le plateau soit horizontal . Si la table a trois pieds , il suffit que l'un d'eux soit règlable en hauteur La surface de la table est rapportée à deux axes rectangulaires X X' et Y Y' qui passent parle centre 0 de la table . Audessus de l'axe Y Y' est disposé un portique 5 qui supporte une règle de mesure 6 pivotant autour d'un axe vertical passant par le centre O de la table . Cette règle porte un index 7 affleurant la table , et deux étriers 8 et 9 équipés chacun d'un couple sourcelumineuse - cellule photoélectrique pour la détection du passage d'un mobile .Les deux étriers sont espacés d'une distance connue de façon à permettre la mesure des vitesses des mobiles au moyen des enregistrements des signaux électriques transmis par les cellules . Ces enregistrements sont réalisés par un chronographe numérique ou un enregistreur de type connu Sur le plateau transparent de la table est placée ou collée une feuille plastique relativement épaisse 10 , présentant une découpe en demi-cercle , centrée sur le point O , et graduée en degrés à partir de l'axe X X' Sous le plateau 3 , la table porte un disque Il , pivo tant sur un axe passant par le centre 0 de la table . Ce disque porte à sa périphérie un plot métallique 12 . En outre , le rayon du disque 11 est égal au diamètre des mobiles utilisés pour l'étude. Ces mobiles (Fig.3) sont avantageusement constitués d'une boîte cylindrique 13 remplie de neige carbonique et fermée par un bouchon vissé 14 . L'axe de la boite cylindrique est un tube 15 débouchant sous le fond de la bote et aboutissant près du couver cle . C'est par ce tube que sort le gaz assurant la sustentation du mobile . Le fond de la boîte 13 est fixé dans un socle métallique non magnétique 16 qui assure un bon glissement sur le plateau de la table . Autour de la boîte t3 , et reposant sur le socle 16 , est prévu un anneau débordant 17 en matière plastique rigide par exemple, st-présentant à l'extérieur un joint torique 18 . C'est sur ce joint qutont lieu les chocs entre deux mobiles .Enfin , au fond de la boite 13 est disposé un aimant annulaire t9 ayant par exemple sa face Nord en haut et sa face Sud en bas . C'est cet aimant , en coopé- rant avec le plot métallique 12 , qui assure la mise en place précise du mobile au voisinage du centre de la table Le dispositif selon l'invention comprend également un lanceur 2 de mobiles (Fig.4) , essentiellement constitué d'une potence 20 et d'un pendule 21 articulé sur un chariot 22 . Le pendule a un support large 23 dont les extrémités en pointes pivotent dans des cônes . La tige du pendule est rigidement fixée au support 23 de façon que le pendule oscille toujours dans le même plan vertical contenant l'axe X X' de la table . Une tige verticale 24 , dont la position par rapport à la verticale du pendule est réglable , joue le rôle de butée arrière pour le pendule .Celui-ci est articulé sur le chariot 22 essentiellement constitué d'un cadre supporté d'une part par le pendule , d'autre part par un jeu de roues susceptibles de rouler sur le plateau 3 . La face avant du chariot est conformée en berceau 25 pour recevoir un mobile Le fonctionnement du dispositif est le suivant le pendule 21 est ramené en butée contre la tige 24 et un mobile est placé dans le berceau 25 . On lâche le pendule . Il lance le mobile le long de l'axe X'X avec une vitesse déterminée par la po position initiale de la tige 24 . Ce mobile , A par exemple sur la Figure 2 , passe par le point O et va buter sur la feuille plastique 10 au zéro de la graduation .Entre le point O et le bord de la feuille plastique , le mobile passe (Fig.1) entre les deux branches de chacun des étriers 9 et B , et les signaux électriques fournis par les cellules photoélectriques sont enregistrés sur papier ; on en déduit la vitesse du mobile incident , dont on connait la direc ;lon X'X On remet le mobile A dans le berceau , on fait pivoter la règle de mesure 6 vers l'axe Y ' , et on place le mobile B audessus du plot métallique t2 qui assure son positionnement précis On loche alors le pendule et on observe le choc et l1une des trajectoires ultérieures , celle du mobile A par exemple , jusqu'à son point de contact avec le bord de la feuille plastique 10 . On place alors l'index 7 de la règle de mesure à ce point (Fig.2) et on recommence l'opération pour procéder à l'enregistrement des signaux d'où l'on déduit la vitesse après le choc , du mobile A . La direction de cette vitesse est lue sur la graduation de la feuille 10 sous l'index 7 . On procède de la meme manière pour la mesure , en grandeur et en direction , de la vitesse du mobile B après le choc En composant les vecteurs des deux vitesses des mobiles après le choc , on retrouve le vecteur vitesse du mobile incident . Le dispositif selon l'invention assure la vérification de cette loi avec une erreur inférieure à 1% . Cette bonne approximation provient du fait que le lanceur lance toujours les mobiles avec la meme vitesse et dans la meme direction . Pour faire varie-r les conditions du-choc , on peut faire pivoter à la main le disque 11 t la position du mobile B changeant en conséquence . Du fait que le disque tl a un rayon égal au diamètre d'un mobile , le choc a toujours lieu au moment où le mobile A est au centre O de la table ( du moins tant que le plot métallique 12 est à gauche de l'axe Y Y' ) . La direction des trajectoires est donc bien définie à partir du centre O . C'est cette notion de centre , alliée à la notion de vitesse constante due au lanceur , qui constitue une caractéristique essentielle de l'invention Il va de soi que l'invention s'applique parfaitement à toutes les tables soufflantes et à tous les mobiles auto-porteurs REVENDICATIONS 1 - Dispositif d'étude expérimentale des chocs entre deux mobiles , caractérisé en ce qu'il comporte : une table rapportée à deux axes rectangulaires passant par son centre ; un lanceur constitué d'un pendule oscillant dans le plan vertical contenant l'un des axes et articulé sur un chariot dont la face avant est conformée en berceau ; et des mobiles dont l'un est lancé par le lanceur sur un axe passant par le centre de la table 2 - Dispositif selon la revendication t caractérisé en ce que le lanceur comporte une tige verticale règlable en position et jouant le râle de butée pour le pendule 3 - Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le chariot est constitué d'un cadre supporté d'une part par le pendule , d'autre part par un jeu de roues susceptibles de rouler sur la table 4 - Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la table est constituée d'un plateau transparent sur lequel est collée une feuille présentant une découpe en demi-cercle cen trée sur le centre de la table , des graduations étant prévues sur le bord de la découpe 5 - Dispositif selon la revendication t caractérisé en ce que la table porte un portique supportant une règle de mesure pivotant autour d'un axe vertical passant par le centre de la table, la règle portant un index et deux étriers équipés chacun d'un couple source lumineuse- cellule photoélectrique 6 - Dispositif selon la revendication caractérisé en ce que la table présente , sous son plateau , un disque pivotant sur un axe passant par le centre de la table et de rayon égal au diamètre des mobiles , le disque portant sur son bord un plot métallique. 7 - Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les mobiles comportent une boite cylindrique fermée au fond de laquelle est disposé un aimant annulaire , un anneau en matière plastique rigide entourant la boite et portant à sa périphérie un joint torique , l'ensemble de la boite et de 11 anneau reposant sur un socle en métal non magnétique