Brevet FR2839575A1 — publié le 20031114

L'invention concerne un banc pour l'étude des ondes lumineuses ou sonores, comprenant au moins une première et une seconde goulottes destinées à recevoir au moins un dispositif optique ou sonore placé dans l'axe de l'onde lumineuse ou sonore elle-même parallèle à l'axe longitudinal d'au moins une desdites goulottes, des moyens de liaison étant prévus pour solidariser deux à deux les goulottes. Les bancs sont couramment utilisés dans l'enseignement et la recherche pour étudier les phénomènes d'optique géométrique et les phénomènes acoustiques. Les bancs du commerce se composent en général d'un rail principal sur lequel est fixée une source lumineuse ou une source ultrason, des supports pour divers dispositifs optiques ou des dispositifs de diffraction et enfin un écran de visualisation du phénomène optique ou un récepteur pour la mesure du signal. Ces rails sont en général suffisamment longs pour permettre les expériences avec les lentilles ou des dispositifs acoustiques et sont donc encombrants. Ces rails forment un banc ouvert . Il est donc nécessaire, pour l'étude des rayons lumineux, d'obscurcir la salle de cours pour réaliser certaines expériences, telles que celles nécessitant une chambre noire. Pour contourner ce problème, on connaît également des boîtiers dont la base, de section carrée, sert de banc d'optique. Les extrémités de la base sont ouvertes. Les dispositifs optiques sont placés dans des encoches pratiquées dans la base du boîtier. Un couvercle opaque peut se poser sur la base du boîtier pour former une chambre noire. Ces boîtiers sont relativement compacts, de sorte qu'il est parfois nécessaire de combiner plusieurs de ces boîtiers pour atteindre une longueur suffisante pour certaines expériences. Pour cela, on utilise un rail de la longueur de deux boîtiers qui permet d'aligner ces boîtiers. Ici encore, le rail est un objet encombrant et ses dimensions sont adaptées à un nombre prédéterminé de boîtier, en général deux. De plus, ces rails d'alignement ne permettent pas de bloquer les boîtiers les uns par rapport aux autres, de sorte qu'il risque de se produire des déplacements relatifs des boîtiers lors des expériences, au risque de fausser les résultats de mesures expérimentales. Pour cette même raison, on ne peut pas utiliser de tels dispositifs comme lunette astronomique, comme télescope ou comme microscope. En outre, les dispositifs optiques étant enfermés dans la base du boîtier, il n'est pas possible de réaliser des expériences de réfraction ou des expériences nécessitant une déflexion du faisceau lumineux. Par ailleurs, pour visualiser le rayon lumineux, il est courant, quel que soit le type de banc d'optique, de faire traverser au rayon lumineux un nuage de fumée. Pour cela, l'enseignant a le choix entre deux méthodes artisanales . La première consiste à souffler de la fumée de cigarette dans le rayon lumineux, la seconde à secouer au-dessus du banc d'optique un chiffon plein de poussière de craie. Il va sans dire que la première méthode est incompatible avec les campagnes de prévention contre le tabagisme et que la deuxième est particulièrement salissante. De plus, le nuage ainsi créé se diffuse rapidement dans l'atmosphère environnante, de sorte qu'il faut générer plusieurs fois le nuage au cours d'une même expérience. L'objectif de l'invention est donc de développer un banc pour l'étude des phénomènes optiques et acoustiques qui soit peu encombrant lors de son rangement et qui permette cependant de réaliser des expériences de réfraction ou des expériences avec déflexion de l'onde lumineuse ou l'onde sonore. Un autre objectif de l'invention est de permettre la réalisation simple d'une chambre noire. Un troisième objectif est de permettre l'utilisation d'une fumée sans que celle-ci se répande rapidement dans l'atmosphère de sorte qu'une faible quantité de fumée puisse suffire pour chaque expérience. Enfin, le banc optique selon l'invention devra pouvoir être utilisé comme pour la réalisation de lunette astronomique, de télescope, de microscope et permettra la réalisation d'expériences en holographie. Le premier objectif est atteint par le banc selon le préambule dans lequel lesdits moyens de liaison sont munis de moyens de fixation pour fixer les goulottes les unes par rapport aux autres. Ainsi, les différentes goulottes pourront être fixées de façon modulaire les unes par rapport aux autres, empêchant ainsi un mouvement relatif des goulottes au cours des expériences. Ces moyens de liaison assureront de plus un positionnement parfait des différents composants du banc. Ils pourront également servir de pieds pour une meilleure stabilité. La longueur des bancs ainsi constitués est donc illimitée. De plus, il est utile de prévoir une ouverture perpendiculaire à l'axe longitudinal de la première goulotte. Il est ainsi possible de réaliser une déflection de l'onde lumineuse ou sonore hors de la goulotte ou venant de l'extérieur en direction de cette dernière. Dans un mode privilégié de réalisation de l'invention, l'ouverture perpendiculaire est placée dans un support central dans lequel débouche la première goulotte. Ce support central pourra servir non seulement à porter l'ouverture perpendiculaire mais il pourra également servir de pied, ce qui rendra le banc plus stable. Le support central et la première goulotte pourront être séparables, notamment pour faciliter le rangement. Le support central pourra comporter deux ouvertures supplémentaires, l'une en face de la goulotte, l'autre en face de l'ouverture perpendiculaire. Afin de compléter le banc selon l'invention, il est prévu que la seconde goulotte au moins peut être placée dans l'alignement de la première goulotte et / ou perpendiculairement à cette première goulotte. En alignant les goulottes les unes derrières les autres, on allonge le banc optique. En plaçant une goulotte supplémentaire perpendiculairement à la première goulotte, il est possible de réaliser une déflection de l'onde lumineuse ou sonore hors de la première goulotte tout en ayant la possibilité d'utiliser des dispositifs optiques ou sonores dans l'une ou l'autre goulotte. Dans un mode de réalisation de l'invention, le banc peut être fermé par un couvercle de forme correspondante pour former une sorte de canal. Si le couvercle est opaque, il est possible de former une chambre noire, en fermant éventuellement les ouvertures inutiles par des obturateurs. Avec un couvercle transparent, il sera possible d'avoir un système pratiquement clos avec lequel on pourra observer de l'extérieur les phénomènes optiques qu'y se déroulent à l'intérieur et d'où une fumée introduite à cet effet ne pourra pas facilement s'échapper. Afin de faciliter la diffusion de la fumée, les supports optiques ou sonores peuvent être munis d'ouvertures. Il est préférable que le couvercle soit formé d'éléments semblables à ceux composant la partie du banc qu'il ferme. Ainsi, les mêmes éléments pourront servir pour construire la base du banc et pour construire son couvercle. Tout au plus, faudra-t-il le cas échéant, que certains éléments soient fabriqués dans un matériau transparent. Dans le cas où le banc est fermé par un couvercle, il peut être avantageux que les moyens de liaison qui servent à fixer les uns par rapport aux autres les composants de la partie inférieure du banc servent également à relier et à fixer entre eux cette partie inférieure et son couvercle. On obtient ainsi un banc stable et bien aligné. On pourra en outre utiliser le banc comme lunette astronomique, comme télescope ou comme microscope. Sa rigidité sera suffisante pour pouvoir être soulevé de la table et tenu en main. Il est préférable que des moyens de positionnement, par exemple des fentes, soient placés face à l'ouverture perpendiculaire dans la première goulotte ou dans le support central, ainsi qu'éventuellement dans leurs couvercles respectifs, pour permettre le positionnement de dispositifs optiques ou sonores dans différentes positions par rapport à l'axe longitudinal de la première goulotte. On pourra ainsi placer par exemple un miroir orienté à 45 par rapport à l'axe longitudinal de la première goulotte pour permettre une déflexion du rayon lumineux de la première goulotte vers une seconde goulotte fixée sur l'ouverture perpendiculaire. Pour l'étude des ondes sonores, on remplacera le miroir par un écran réflecteur orienté à 45 . De même, il est préférable de prévoir des moyens de positionnement, par exemple des cannelures, dans la première goulotte et / ou dans les goulottes, ainsi, le cas échéant, que dans les ouvertures, et éventuellement dans leurs couvercles respectifs, pour permettre le positionnement de dispositifs optiques ou sonores perpendiculairement à l'axe longitudinal des goulottes et ou des ouvertures. On pourra également prévoir des graduations correspondant aux moyens de positionnement afin de définir facilement la position relative des différents dispositifs optiques ou sonores. Dans un mode privilégié de réalisation de l'invention, les goulottes, ainsi que, le cas échéant, leurs couvercles respectifs, ont une section transversale sensiblement semicirculaire. Grâce à une telle configuration, il est possible d'empiler facilement les différents composants du banc pour diminuer l'encombrement de rangement. Afin de faciliter la formation d'un nuage de fumée et d'éviter que celui-ci ne s'échappe trop rapidement vers l'extérieur, on peut prévoir un générateur de fumée éventuellement amovible. Ainsi, la fumée générée sera dirigée principalement dans le banc fermé d'un couvercle. L'invention concerne également # une goulotte pour banc selon l'invention, destinée à coopérer avec un support central et / ou une autre goulotte en vue de former un banc conforme à l'invention ; # un support central pour banc conforme à l'invention comprenant une première ouverture dans laquelle peut déboucher une première goulotte et une seconde ouverture perpendiculaire à la première ; # des moyens de liaison pour un banc selon l'invention, destinés à lier et à fixer entre eux des goulottes et / ou des supports centraux en vue de former un banc ; et # un support pour dispositif optique ou sonore pour banc conforme à l'invention, comportant des moyens de positionnement destinés à coopérer avec les moyens de positionnement du banc, le support étant en outre muni de préférence de moyens pour laisser passer une fumée, par exemple des ouvertures. Des exemples de réalisation de l'invention sont décrits ci-dessous à l'aide des figures suivantes : Figure 1 : vue en perspective d'une première goulotte conforme à l'invention ; Figure 2 : vue en perspective de moyens de liaison ; Figure 3 : vue en perspective d'un exemple de bancs selon l'invention ; Figure 4 : vue en perspective d'une seconde goulotte selon l'invention ; Figure 5 : vue en perspective d'un support pour dispositif destiné à une goulotte selon l'invention ; Figure 6a, 6b : vue en perspective de deux exemples de bancs fermés par un couvercle. Les exemples présentés ci-dessous se réfèrent à un banc d'optique. Cependant, le même dispositif peut être utilisé pour former un banc à ultrasons, les dispositifs optiques étant remplacés par des dispositifs sonores, tels que des émetteurs et des récepteurs ultrasons, des séparatrices, des écrans réflecteurs ou des feuilles de mousses. Le banc d'optique (1) se compose principalement de deux ou plusieurs goulottes (2) qui sont reliées entre elles par des moyens de liaison (9). Ces moyens de liaison (9) ont la forme de brides remplissant également la fonction de pied support. Les goulottes (2) sont munies de moyens de fixation ayant la forme de rebords (10) situés aux extrémités longitudinales des goulottes (2), perpendiculairement à leur axe longitudinal. Ces rebords (10) sont dimensionnés pour pénétrer dans une fente (11) correspondante du pied support (9). Chaque pied support (9) comporte ainsi deux fentes (11). Afin d'assurer une plus grande stabilité de l'ensemble, les rebords (10) sont munis d'ergots (12) destinés à pénétrer dans des trous (13) correspondant du pied support (9). Il est ainsi possible d'assembler les unes aux autres une pluralité de goulottes afin d'agrandir le banc d'optique. On obtient ainsi le banc d'optique du genre de celui représenté à la figure 3. Sur le banc représenté à la figure 3, des pieds support (9) supérieurs sont encliquetés sur les pieds support (9) inférieurs, ce qui n'est pas obligatoire. Les goulottes (2) sont munies de moyens de positionnement (4) permettant le positionnement précis des dispositifs optiques (3). Ces moyens de positionnement peuvent être constitués de cannelures (4) réalisées sur les bords latéraux (14) des goulottes (2) et dans lesquelles pénètrent des saillies (19) situées sur le pourtour des dispositifs optiques (3). Des graduations (20) peuvent être prévues sur ou proche de ces moyens de positionnement afin de faciliter la mesure des distances relatives des différents dispositifs optiques entre eux. D'autres cannelures peuvent être prévues dans le fond de la goulotte (2) pour assurer un meilleur positionnement du dispositif optique. La longueur du banc optique selon la figure 3 peut être augmentée à volonté, tout en étant peu encombrant à l'état démonté. Afin de permettre la déflexion d'un rayon lumineux, un deuxième type de goulotte est prévu. Une ouverture (5) est prévue dans ce deuxième type de goulottes (8), perpendiculaire à leur axe longitudinal. Cette ouverture perpendiculaire (5) est placée dans l'exemple présenté à la figure 4 dans un support central (6). Ce support central (6) comporte une première ouverture (5') dans laquelle débouche la goulotte (8) et une seconde ouverture (5) perpendiculaire à la première (5') et donc à l'axe longitudinal de la goulotte (8). Afin d'augmenter les possibilités d'utilisation, deux autres ouvertures (5 et 5") sont prévues, situées en face de la seconde ouverture (5) et de la première ouverture (5') respectivement. Ces goulottes (8) sont, comme les goulottes (2) simples, munies de moyens de positionnement pour le positionnement de dispositifs optiques, tels que des cannelures (4). Pour une plus grande flexibilité d'utilisation, les moyens de positionnement (4) équipent également les ouvertures (5,5', 5") du support central (6). Des moyens de positionnement supplémentaires (7) sont placés en face de l'ouverture perpendiculaire (5) pour permettre le positionnement de dispositifs optiques (3) dans différentes positions par rapport à l'axe longitudinal de la goulotte (8). On pourra ainsi par exemple placer un miroir à 45 de l'axe longitudinal pour permettre une déflexion à angle droit du rayon lumineux. Ce deuxième type de goulotte est également muni de moyens de fixation (10) semblables à ceux décrits précédemment pour les goulottes (2) simples. Ces rebords (10) sont situés d'une part à l'extrémité longitudinale libre de la goulotte (8) et sur les ouvertures (5,5', 5"). Il est ainsi possible de combiner entre elles des goulottes du premier type (2) et des goulottes du second type (8) pour former des bancs d'optique complexes, permettant notamment d'étudier la déflexion de la lumière ou tous types de système optiques. On pourra placer des goulottes de premier type (2) dans l'alignement de la goulotte (8), directement sur l'extrémité libre de la goulotte (8) ou sur l'ouverture (5") lui faisant face et / ou sur les ouvertures perpendiculaires (5'). Un exemple de banc d'optique utilisant des goulottes (8) de second type et muni d'un couvercle est présenté à la figure 6b. Dans l'exemple présenté à la figure 4, la goulotte (8) et le support central (6) ne forment qu'une pièce. Il serait cependant possible d'utiliser une goulotte (2) simple et un support central (6) pouvant être relié à la goulotte (2) par les pieds support (9) à l'aide des rebords (10). Les éléments optiques peuvent être des lentilles, des diaphragmes, des disques diffusants, des réseaux de diffraction, des filtres, des filtres polarisants, ou tout autre accessoire pour l'étude des phénomènes d'optique géométrique. Ils sont composés de préférence d'un support (3) dans lequel est placé l'élément optique. Le support (3) est muni de moyens de positionnement (19) complémentaires des moyens de positionnement (4,7) des goulottes (2,8) et du support central (6). Ces moyens de positionnement complémentaires peuvent avoir la forme de saillies (19) qui pénètrent dans les cannelures (4) des goulottes (2,8) et des ouvertures (5,5', 5"). Afin de réaliser une chambre noire, il est prévu de fermer le banc d'optique par un couvercle complémentaire de la base. Pour cela, les goulottes (2,8) et le support central (6) sont munis de rebord d'appui (14) s'étendant de façon radiale vers l'extérieur. On peut ainsi poser sur une goulotte (2,8) une seconde goulotte identique ou sur un support central (6) un second support central. Le couvercle peut être fixé sur la base du banc d'optique avec les moyens de liaison (9,10, 11) servant déjà à fixer les goulottes (2,8) et le support central (6) les uns par rapport aux autres. Dans les exemples présentés aux figures 6a et 6b, le couvercle est composé d'un assemblage semblable à celui servant de base. Les pieds support (9), qui servent à relier entre eux d'une part les composants de la base et d'autre part ceux du couvercle, peuvent également servir à fixer le couvercle sur la base. Pour cela, les pieds support (9) sont munis de dispositifs d'encliquetage composé, d'une part, d'une patte (15) munie d'ergots (16) d'un côté et, d'autre part, d'une encoche (17) de l'autre côté du pied support dans laquelle peuvent s'engager les ergots (16) de la patte (15). Afin d'assurer l'obscurité, des obturateurs sont prévus pour fermer les ouvertures non nécessaires. Ces obturateurs sont dimensionnés pour être compatibles avec les fentes (11) du pied support (9). On obtient ainsi une sorte de canal, comme ceux représentés aux figures 6a et 6b. Les bords latéraux (14) des goulottes (2,8) et du support central (6) sont dimensionnés de telle sorte que, lorsque deux goulottes ou deux supports centraux (6) sont superposés, il se forme une rainure dans laquelle prennent place les saillies (19) des dispositifs optiques (3). Un banc d'optique tel que celui présenté à la figure 6a, muni de lentilles adéquates, peut servir de lunette astronomique, de télescope ou de microscope. En effet la rigidité obtenue avec les moyens de liaison (9) et les moyens de fixation (10, 11) est suffisante pour maintenir en place les lentilles à l'intérieur du canal formé par les goulottes superposées deux à deux et pour que le banc optique ne nécessite pas d'être soutenu par une table. Il est également possible que le second montage destiné à être posé sur le premier montage formant la base du banc d'optique soit réalisé dans un matériau transparent. On peut alors suivre le rayon optique dans le montage. Le rayon lumineux peut être généré par exemple par un laser, une LED ou une lampe à incandescence. Cette solution sera retenue notamment pour faire l'étude de la propagation de la lumière et visualiser sa propagation grâce à la fumée. Dans ce cas, les goulottes servant de couvercle ne porteront pas de moyens de positionnement (4) pour dispositifs optiques dans la partie servant à l'observation. Les moyens de positionnement (4) ne seront prévus que sur les bords latéraux (14) des goulottes (2,8). Pour cela, on fera entrer de la fumée ou un brouillard par exemple par la goulotte (8) du banc d'optique de la figure 6b. Une ou plusieurs goulottes (2) seront fixées à l'élément central (6) sur une ouverture (5) perpendiculaire à la première goulotte. Un rayon lumineux entrera dans le système par l'ouverture (5) de l'élément central (6) faisant face à la seconde goulotte (2), tandis que la dernière ouverture (5) sera obturée. Un objet optique, tel qu'une lentille, pourra être placé dans la seconde goulotte (2). La forme rectangulaire des pieds support (9) permet de placer un banc d'optique non seulement avec sa base en bas et son couvercle au-dessus, comme le montre la figure 6a, mais également sur le côté, les deux parties étant non pas posées l'une sur l'autre mais l'une à côté de l'autre. Cette deuxième position permet, lorsque le couvercle est transparent, d'observer les phénomènes optiques, non pas du dessus mais du côté. Le banc d'optique pourra alors être placé face à l'assemblée des élèves. Afin de permettre la circulation de la fumée ou du brouillard dans l'ensemble du banc d'optique fermé, les dispositifs optiques sont munis de trous (18) qui laissent circuler librement la fumée dans le canal formé par les deux goulottes superposées. Avec l'invention, il est possible de réaliser un grand nombre de bancs d'optique différents et d'adapter leur géométrie et leur taille à l'expérience en cours. Une fois démontés, les composants sont peu encombrants. Avec ces quatre composants différents (2,3, 8,9), ce banc d'optique est d'une utilisation très souple. Ne nécessitant que peu de pièces différentes, il est également très économique. Liste des références 1 banc d'optique 2 premier type de goulotte 3 dispositif optique 4 moyens de positionnement des dispositifs optiques 5,5', 5" ouvertures 6 support central 7 moyens de positionnement des dispositifs optiques 8 goulotte 9 moyens de liaison principaux 10 moyens de liaison complémentaires 11 fente 12 ergot 13 trou 14 bords latéraux des goulottes 15 patte 16 ergots 17 encoche 18 moyens de passage 19 moyens de positionnement 20 graduations 1. Banc (1) pour l'étude des ondes lumineuses ou sonores, comprenant au moins une première et une seconde goulottes (2,8) destinées à recevoir au moins un dispositif optique (3) ou sonore placé dans l'axe de l'onde lumineuse ou sonore elle-même parallèle à l'axe longitudinal d'au moins une desdites goulottes (2,8), des moyens de liaison (9) étant prévus pour solidariser deux à deux les goulottes (2,8), caractérisé en ce que lesdits moyens de liaison (9) sont munis de moyens de fixation (10,11) pour fixer les goulottes (2,8) les unes par rapport aux autres. 2. Banc selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est muni d'une ouverture perpendiculaire (5) à l'axe longitudinal de la première goulotte (8) au moins. 3. Banc selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'ouverture perpendiculaire (5) est placée dans un support central (6) dans lequel débouche la première goulotte (8). 4. Banc selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la seconde goulotte (2) au moins peut être placée dans l'alignement de la première goulotte (2, 8) et / ou perpendiculairement à cette première goulotte (8). 5. Banc selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il peut être fermé par un couvercle de forme correspondante pour former une sorte de canal. 6. Banc selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le couvercle est formé d'éléments (2,6, 8) semblables à ceux composant la partie inférieure du banc qu'il ferme. 7. Banc selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que les moyens de liaison (9) servent à relier et à fixer entre eux la partie inférieure du banc et son couvercle. 8. Banc selon l'une des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que des moyens de positionnement (7), par exemple des fentes, sont placés face à l'ouverture perpendiculaire (5), dans la première goulotte (2) ou dans le support central (6), ainsi qu'éventuellement dans leurs couvercles respectifs, permettant le positionnement de dispositifs optiques ou sonores dans différentes positions par rapport à l'axe longitudinal de la première goulotte (2). 9. Banc selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que des moyens de positionnement (4), par exemple des cannelures, sont placés dans les goulottes (2,8) ainsi, le cas échéant, que dans les ouvertures (5), et éventuellement dans leurs couvercles respectifs, pour permettre le positionnement de dispositifs optiques (3) ou sonores perpendiculairement à l'axe longitudinal des goulottes (2,8) ou des ouvertures (5). 10. Banc selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les goulottes (2,8), ainsi que le cas échéant leurs couvercles respectifs, ont une section transversale sensiblement semi-circulaire. 11. Banc selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est muni d'un générateur de fumée éventuellement amovible. 12. Banc selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les goulottes (2, 8) sont munies de graduations (20) pour faciliter le repérage des dispositifs optiques (3) ou sonores. 13. Goulotte (2,8) pour banc selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle est munie de moyens de fixation destinés à coopérer avec un support central (6) et / ou une goulotte (2,8) en vue de former un banc selon l'une des revendications précédentes. 14. Support central (6) pour banc selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu'il comprend une première ouverture (5') dans laquelle peut déboucher une première goulotte (2) et une seconde ouverture (5) perpendiculaire à la première (5'). 15. Moyens de liaison (9) pour banc selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu'ils sont munis de moyens de fixation destinés à lier et à fixer entre eux des goulottes (2,8) et / ou des supports centraux (6) en vue de former un banc selon l'une des revendications 1 à 12. 16. Support pour dispositif optique (3) ou sonore pour banc selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de positionnement destinés à coopérer avec les moyens de positionnement (4,7) du banc selon l'une des revendications 1 à 12. 17. Support pour dispositif optique (3) ou sonore selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il est muni de moyens pour laisser passer une fumée, par exemple des ouvertures.