Brevet FR2338485A1 — publié le 19770812

La présente invention concerne un appareil mesurant la force d'inertie du plan de rotation d'une toupie quand elle change d'orientation. Il comprend un gyroscope monte a la cardan sur un support vertical; L'extrémité opposee de son armature est reliée par un fil de suspension a un cynamomètre dont le crochet est situé dans l'axe de précession. Ce dynamomètre est formé drun ressort plat encastre a un bout et prolongé par un long index face a un cadran gradué. Le plan de ce ressort est parallèle a l'axe de la toupie gyroscopique laquelle est maintenue - inclinée par le fil de suspension susdit et permettant le déplacement circulaire du gyroscope dans le plan horizontal. Ce dernier, en rotation, maintenu comme il vient d'être dit dans une position inclinée, ne peut précessionner; Il est donc nécessaire de lui communiquer une précession simulée. A cet effet, l'axe vertical du cardan porte un bras de levier et maneton auquel sont attachés un fil de traction et un ressort de rappel. Le dessin annexé illustre schematiquement, a titre d'exemple, un mode de réalisation et de montage de l'appareil conforme a la présente invention. La fig. 1 est une vue du gyroscope en position d'expérience sur un support S. La fig. 2 est une coupe selon AB faite en dessous du cardan donnant, en plan, la commande de la précession simuiée et les limites, en pointillees, du déplacement du gyroscope, soit environ 1/4 de tour. En double pointillés : plan vertical de flexibilité du ressort l, court pour que le déplacement du crochet 2 soit faible ; 3, index ; 4, cadran ; 5, fil de suspension ; 6, cardan où l'on voit dans l'un de ses côtés, l'échancrure pour le passage de son axe horizontal et permettant de retirer le gyroscope ; 7, axe vertical du cardan portant un bras de levier 8 ; 9, maneton auquel sont attachés le fil de traction 10 et le ressort de rappel fl ; 12, levier démultipliant le mouvement de la main et actionnant le coulisseau 13 sur lequel est fixe le fil 10 ; ax, axe du levier ; 14f glis sières ; 15, galet ; 16, butées limitant le mouvement du levier 12. 17, axe de précession ; 18, plan de rotation ; 19 et 20, flèches. La traction du fil 10 entraîne le gyroscope autour de l'axe vertical soit dans le sens de la précession naturelle, soit dans un sens inverse, selon le sens de rotation donné a la toupie ; tandis que le ressort le ramène dans sa position première. Quand le gyroscope est entraîné dans le sens de la précession naturelle, le dynamomètre mesure la porte apparente de son poids. Quand il est entraîné dans l'autre sens, il mesure la force qui tend à retourner la toupie face pour face, dont le sens de rotation serait alors, par cela même, identique à celui imposé au gyroscope. L'étalonnage du dynamometre est fait à partir du point zéro qui est la position de l'index lorsque le gyroscope, au repos, est relié au crochet 2, en position d'expérience. Il sera exécuté de la façon suivante Belier au crochet 2 un fil orienté comme le fil 5 puis retourné verticalement sur une poulie ; suspendue à son extrémité un plateau et y placer un certain npmbre de poids égaux ; compléter, s'il y a lieu, avec de la grimaille pour amener l'index au point zéro. Retirer ensuite, un à un, les poids susdits et marques, pour chacun d'eux la position de l'index. Cela établit, sur le cadrant, un secteur mesurant les forces négatives paraissant alléger le gyroscope. Pour la mesure des forces inverses, ramener l'index à zéro et ajouter sur le plateau un certain nombre de poids et marques les positions respectives de l'index. A chaque marque correspondra donc une force F2 donnée,mais la force F2 (figure 5) est supérieure à la force F4 selon le rapport de leur propre vecteur et pour que la graduation du cadran donne la force F4 qui s'oppose au poids du gyroscope, les indications données au cours de l'opération précédente devront être multipliées par F4 et divisées par F2 poids x F4 F2 La force mesurée ne vaut que si le nombre d'inertie de la toupie est déterminé, ainsi que sa vitesse de rotation et celle du mouvement de précession simulée à l'instant où l'axe de la toupie se présente dans le plan de flexibilité du ressort portant ltindex. Cette derniere vitesse peut être déterminée par une commande méca nique du coulisseau au moyen d'un système bielle-excentrique à rotation uniforme réglable d'autre part. L'invention est applicable à un appareil d'étude, à un jouet. La figure 3 représente une toupie dont le plan de rotation 18 est incliné sur l'horizontale, de 10 et ce plan fait entre deux positions dia métralement opposées, un angle a de 2x10 = 200. Dans la figure 4, la même toupie est inclinée de 450 et, dans les mêmes conditions que ci-dessus, l'angle a passé à 2x45 = 900. Ces deux figures et la figure 5 -où le plan de rotation est schématisé par un trait gras et l'axe de rotation par un trait pointille-- développent le mécanisme par lequel prend naissance la force référenciée F4 que l'appareil mesure dans le secteur négatif de son cadran. La variation de l'orientation du plan 18, contre laquelle ce dernier réagit proportionnellement à l'ampleur de ce changement, devient de plus en plus faible à mesure que l'axe de la toupie se rapproche de la verticale. Le plan réagit dans le sens qui réduit son changement d'orientation et tend à se porter tout naturellement dans le plan horizontal où il trouve la stabilité et l'invariabilité de son orientation. Hais le gyroscope ne suit pas le chemin le plus court pour sléle- ver - ou descendre si son poids l'y oblige - auquel cas il n'y aurait pas de précession et le changement d'orientation de la toupie serait alors considérable et atteindrait -900 par 1/4 de tour. La précession réduit ce changement en l'étalant dans le temps et l'espace. La réaction du plan 18 retraduit par sa rotation autour du centre C (figure 5) selon un axe parallèle à ce plan, dans le sens de la flèche 19 et exerce sur le support S, une force F1 ; Ce dernier étant fixe, il réagit et engendre la force F2 symétrique à F1, de son eontraire, appliquée au point C et tendant à faire tourner le gyroscope autour de son point d'appui S dans le sens de la fleche 20. Du vecteur F2 on tire la force F4 en pposition à une partie du poids du gyroscope. La force F4 a pour réaction la force F5 vérifiée par le fait que si l'appareil est équilibré sur une balance, gyroscope au repos, puis mis en rotation et en état de précession naturelle ensuite, la balance reste en équilibre. REVENDICATIONS 1) Dispositif de mesure et d'étude de la force du plan de rotation d'une toupie tendant à réduire l'ampleur de son changement d'orientation. caractérisé par le fait qu'un gyroscope monté à la cardan sur un support vertical a son extrémité opposée relié par un fil à un dynamomètre dont le crochet est situé dans l'axe de précession et qui le maintient incliné tout en permettant son déplacement circulaire dans le plan horizontal. 2) Dispositif selon la revendication l, caractérise par le fait que l'axe vertical du cardan porte un bras de levier et maneton auquel sont attachés un fil de traction et un ressort de rappel pour communiquer au gyroscope un mouvement de précession simulée dans les deux sens. 3) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le fil de traction est tiré à la main au moyen d'un coulisseau avec ou sans levier interposé. 4) Dispositif selon la revendication l, caractérisé par le fait que le fil de traction est susceptible d'être tiré au moyen d'un système bielle-excentrique. S) Dispositif selon la revendication l, caractérisé par le fait que la force du ressort de rappel est susceptible d'être mesurée, préalablement, à son point d'allongement à l'instant où l'axe de rotation de la toupie se présente dans le plan de flexibilité du ressort du dynamometre, pour déterminer le rapport de cette force avec celle indiquée, au même instant, par ce dynamomètre, dans le mouvement de retour du gyroscope.