Brevet FR2365803A1 — publié le 19780421

L'invention concerne un appareil d'expérimentation pour ltétude des chocs, et plus particulièrement, des chocs dans l'es- pace à trois dimensions. Cet appareil est destiné à vérifier expérimentalement la loi de conservation de la quantité de mouvement lors de chocs élastiques et inélastiques notamment, et la propriété du centre d'inertie dans le cas d'un éclatement. I1 est connu d'étudier et d'enregistrer experimentale- ment les chocs élastiques ou inlastiques intervenant entre deux pendules susceptibles de se déplacer dans un même plan vertical. Le but de l'invention est de réaliser un appareil des tiné à l'étude des chocs dans ltespace à trois dimensions. L'invention a pour objet un appareil d'expérimentation pour ltétude des chocs dans l'espace, caractérisé en ce qutil comporte : deux pendules de meme longueur portant à la base un index détachable, et deux secteurs sphériques susceptibles de retenir les index détachables lorsque les pendules sont à leur élongation maximale. Selon l'invention l'index est une aiguille retenue sous le pendule par un aimant. Selon un mode de réalisation particulier de 11invention, chaque secteur sphérique est constitué d'une première grille à mailles fines, et d'une deuxième grille placée sous a première à quelques millimètres de distance, de façon à bloquer l'index lorsque le pendule revient vers sa position initiale. Selon Iripvention également, llun des deux pendules est lancé au moyen d'un dispositif comprenant un bras pivotant et un aimant de retenue du pendule, de sorte que le pivotement du bras écarte progressivement l'aimant du pendule de façon à lâcher ce dernier sans vitesse initiale. D'autres caractéristiques ressortiront de la description ci-dessous faite avec référence au dessin annexé sur lequel on peut voir Figure I : une vue simplifiée d'un pendule muni d'un in dex selon l'invention Figure 2 : une vue schématique d'un secteur sphérique à double grille selon un mode de réalisation de l'invention Figure 3 : une vue agrandie montrant la manière dont l'index pénètre dans les grilles pour y être retenu lorsque le pendule revient vers sa position initiale Figure 4 : une vue du bras pivotant pour le lancement du pendule, selon un mode de réalisation de l'invention Figure 5 : une vue d'un mode de réalisation de l'invention pour l'etude de l'éclatement Figure 6 : une vue d'un mode de réalisation du deuxième pendule selon l'invention pour ltétude des chocs mous ou parfaitement inélastiques En se reportant à la figure 1, on voit que chaque pendule de l'appareil comporte une masse 1 pendue par un fil 2 de longueur déterminée accrocs à tout support approprié. La masse du pendule porte à sa partie inférieure un aimant 3, collé par exemple ou fixé par tout moyen adéquat. Cet aimant présente une face magnétique contre la masse du pendule et l'autre face vers le bas. Sous cette face magnetique libre, est disposé un index 4 dont la tête au moins est en matériau magnétique. Cet index 4 est maintenu en place par l'aimant 3, mais peut en être détaché assez facilement.Il est en général constitué par une aiguille à pointe très effilez Sur la figure 2, un secteur sphérique destiné à retenir l'index 4 est constitué d'une grille 5 à mailles fines, mise en forme de surface sphérique et maintenue en position sur un cadre mobile 6. Le sommet 7 du secteur sphérique est matérialisé par un ergot 8 assurant son centrage à la verticale du pendule. Sous la grille 5, et à quelques millimètres de celle-ci, est placée une seconde grille 9, maintenue écartée de la première par des cales non représenthes. La bordure extérieure 10 du secteur sphérique est graduée en degrés, par exemple de O à 600. Lorsqu'un pendule oscille au-dessus du secteur sphérique, l'index 4 frotte sur la première grille 5. Au cours de la montée du pendule, l'index 4 s'incline par rapport à l'axe du fil du pendule, la tête de l'index restant accrochée par son bord sous l'aimant 3, comme représenté figure 3. Du fait de cette inclinaison, le frottement sur la grille 5 est très doux. Au moment où le pendule amorce sa descente, l'index traverse la première grille 5 puis la seconde 9. La combinaison des deux grilles réalise un système de retenue de l'index 4 qui reste planté dans le secteur sphérique et se détache du pendule. Il va de soi que l'index ne se plante pas dans la grille au point correspondant à l'axe du pendule. Mais comme la longueur de l'index est connue et son angle avec la grille également, on peut très facilement en déduire la correction à apporter Q la mesure. Cette correction étant toujours la même, elle peut être introduite dans l'appareil de mesure sous forme d'un décalage du zéro, En effet, pour mesurer ltélongation du pendule, on utilise une règle courbe que l'on fixe au sommet 7 du secteur sphérique et que l'on applique sur la grille 5.La direction de la règle (qui s'étend jusqu'au rebord 10) donne l'angle de la trajectoire du pendule par rapport à un plan vertical origine ; la distance du centre à l'index(compte tenu de la correction de zéro précitée) donne l'amplitude de l'élongation du pendule et même, directement, la quantité de mouvement correspondante. Sur la figure 4 est représenté le dispositif de lancement du pendule. Un pied 11, lesté et stable, porte un coulisseau 12 réglable en hauteur. Ce coulisseau porte à son tour un bâti 13 muni d'un axe de pivotement 14 et dtune butée 15. Sur l'axe 14 pivote un bras 16 retenu par un ressort 17. Ce bras porte un aimant 18. Lorsque le coulisseau est réglé en hauteur et le pied en distance par rapport au pendule, on saisit la masse du pendule et on l'approche de l'aimant 18 qui la retient. Pour lancer le pendule, on abaisse le bras 16 lentement. Le fil du pendule étant tendu, le pendule se décolle de l'aimant, Dans cette position, au voisinage de l'aimant, le pendule est libre au bout de son fil et si celui-ci a une torsion résiduelle, elle stannule avant le lancement. On continue alors à abaisser le levier 16, et le pendule échappe à l'attraction de l'aimant: il est lancé avec une vitesse initiale nulle, Le fonctionnement du dispositif est le suivant : on place un secteur sphérique, centré sous le premier pendule, destiné à être le pendule lancé. On écarte ce pendule, on le lance comme décrit ci-dessus, et il va planter son index dans le secteur sphérique. On mesure la quantité de mouvement correspondante à l'aide de la règle courbe. On ramène ensuite le premier pendule à sa position de lancement et on lui remet un index. On place un deuxième pendule verticalement, au voisinage de la verticale du premier. On lance le premier pendule. A la verticale, il y a un choc entre les deux pendules qui ont ensuite chacun une trajectoire rectiligne et laissent leurs index sur le secteur sphérique. On mesure alors les quantités de mouvement correspondantes et on vérifie la loi de conservåtion. Comme les pendules ne sont pas ponctuels, et que leurs masses ont une certaine dimension transversale, le centre géométrique des trajectoires résultantes ne correspond pas exactement avec le point de choc des pendules. Il est alors avantageux d'utiliser deux secteurs sphériques : l'un pour le pendule lancé, l'autre pour le deuxième pendule. Ces secteurs, de 600 d'ouverture par exemple, sont avantageusement disposés l'un à côté de l'autre, la séparation étant dans la direction du plan dtinci- dence du pendule lancé, leur écartement correspondant sensiblement à I'cartement des axes des pendules. Pour étudier le problème de l'éclatement, on dispose les deux secteurs sphériques en position opposée l'un par rapport à l'autre, les sommets étant à la verticale des deux pendules au repos. Pour réaliser l'éclatement, la masse sphérique de l'un des pendules est remplacée, comme représente figure 5, par un cylindre creux 19 dans lequel est prévu un logement cylindrique. Un ressort 20 est placé dans ce logement et il est susceptible de repousser vers ltextérieur un piston 21, retenu en position saillante par tout moyen approprié. Le cylindre 19 porte deux vis 22, 23 sur lesquelles on vient fixer un fil 24. Ce fil, tendu, maintient le piston en position rentrée en comprimant le ressort 20. Les deux pendules sont placés en position juxtaposée, le pendule normal étant contre le piston 21. On brûle alors le fil 24 pour libérer le piston 21 qui assure l'éclatement du système des deux pendules pratiquement sans perte de masse. Les deux pendules sont repoussés par le ressort, chacun vers un secteur sphérique et on peut vérifier la loi de conservation de la quantité de mouvement. En ce qui concerne le choc mou, ou parfaitement inélastique, on peut utiliser le système de la figure 6. Le pendule 1, de préférence de forme cylindrique, porte un index 4. Le second pendule 25 est en forme de coin. Il comporte deux parties latérales 26, 27 et un fond 28 constitué par un aimant. Les trois parties sont disposées de façon à être tangentes au pendule 1 lorsque celui-ci est entré dans le coin. En outre, le centre de masse du pendule 25 coincide par construction avec celui du pendule 1 lorsque celui-ci est entré dans le coin. Les deux fils de suspension des pendules sont alors jointifs. Pour l'étude du choc mou, on lance d'abord le pendule 1 seul et on mesure sa quantité de mouvement. On relance le pendule 1 muni d'un index, de façon qu'il entre dans le coin formé par le pendule 25. Lorsqu'il est dans le coin, il est maintenu par l'aimant 28 et le centre de masse de l'ensemble est confondu avec celui de chacun des pendules. Le nouvel index porté par le pendule 1 permet donc, compte tenu de la masse globale de l'ensemble des deux pendules, de mesurer la quantité de mouvement de ltensemble. Selon un mode de réalisation particulière de l'invention, la longueur d'un pendule est de l'ordre de 40 cm, et la longueur des index de l'ordre de 3 cm. La distance entre la masse du pendule et le secteur sphérique est telle que l'angle d'inclinaison de l'index sur la surface sphérique au cours de la mentie du pendule est de l'ordre de 404. il va de soi que pour l'étude des chocs, les masses des pendules peuvent être différentes, et qu'au lieu de grilles, on peut utiliser une mousse plastique, pour constituer les secteurs sphériques. REVENDICATIONS 1.- Appareil d'expérimentation pour l'étude des chocs dans l'espace, caractérisé en ce qu'il comporte s deux pendules de même longueur portant à la base un index détachable, et deux secteurs sphériques susceptibles de retenir les index détachables lorsque les pendules sont à leur élongation maximale. 2.- Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque pendule porte à sa partie inférieure un aimant, et en ce que l'index est une aiguille retenue sous le pendule par ledit aimant. 3.- Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque secteur sphérique est constitué d'une première grille à mailles fines, et d'une deuxième grille placée sous la première à quelques millimètres de distance, de façon à retenir l'index lorsque le pendule revient vers sa position initiale. 4.- Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux secteurs sphériques sont écartés l'un de l'autre d'une distance correspondant à la distance des axes des deux pendules. 5.- Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre pour le lancement sans vitesse initiale de l'un des pendules, un dispositif comprenant un bras pivotant actionné manuellement, et portant un aimant de retenue du pendule le pivotement du bras assurant la libération du pendule. 6.- Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pour ltétude de l'éclatement, l'un des pendules est muni d'un logement recevant un ressort et un piston, le piston étant maintenu en position rentrée au moyen d'un fil tendu qui est brûlé pour commander la libération du ressort et la saillie du piston. 7.- Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pour l'étude des chocs mous ou inélastiques, l'un des pendules est en forme de coin et comporte un aimant pour retenir l'autre pendule après le choc, le centre de masse dudit pendule en forme de coin coïncide avec celui de l'autre pendule au moment du choc. 8.- Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le bord extérieur des secteurs sphériques porte une graduation en angles. 9.- Appareil selon l'ensemble des revendications 1 et 8, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une réglette souple graduée et à zéro décalé pour assurer sur les secteurs sphériques la mesure de l'angle de la trajectoire des pendules et la mesure de l'élongation maximale des pendules par mesure de l'arc entre le sommet du secteur sphérique et l'index correspondant. 10.- Appareil selon la revendication-9, caractérise en ce que la réglette souple est graduée directement en quantité de mouvement.