Brevet FR3027680A1 — publié le 20160429

Description de l'invention La présente invention concerne un appareil didactique de mesure du temps sur l'accélération d'un corps en rotation caractérisée par une technologie de capteur infrarouge reliée à une carte électronique faisant office de chronomètre aux fins de transformer les données visuelles en données numériques et un programme approprié pour récupérer sur ordinateur les valeurs numériques et pouvoir les analyser. Etat des sachant : Les appareils didactiques de mesure de temps sur l'accélération d'un corps en rotation reposent sur un système mécanique composé de : - un axe vertical appelé à tourner sur lui-même, doté d'au moins une poulie et d'un entrainement mécanique par corde, - une barre perpendiculaire à l'axe vertical appelée à supporter une masselotte réglable en tout endroit de la barre aux fins d'offrir un réglage de la distance entre la masse et l'axe vertical. Le principe de ce mécanisme est de pouvoir mesurer le temps de passage de la masse en rotation sur un tour en tenant compte des lois d'accélération et de décélération sous l'influence de quatre paramètres que sont : la force appliquée, la masse d'inertie, la distance de masse d'inertie, et le décalage de la force appliquée . La mesure du temps sur l'accélération d'un corps en rotation se réalise en faisant appel à deux solutions technologiques : soit l'appareil ne fait appel à aucun autre composant, auquel cas la mesure s'effectue à l'ceil nu sans qu'il soit possible de relever des données exactes, - soit encore l'appareil dispose d'une caméra embarquée et un logiciel d'acquisition et de traitement. Cette technologie est handicapée en trois points, en ce qu'elle : o renvoie à des systèmes de représentation vectorielle plus abstraits, handicapant la compréhension par l'élève, en ce qu'il n'y a aucune lecture des temps de passage, o ne permet pas de faire varier le poids des masselottes, ce qui réduit d'autant les schémas de représentation de la vitesse, o repose sur des choix technologiques couteux. Présentation de l'invention La présente invention repose sur une technologie mécanique semblable aux appareils de mesure de corps en rotation tel qu'identifié dans l'état des sachant. L'appareil se distingue des autres appareils en ce qu'il est doté : d'un capteur infrarouge qui détecte chaque passage de la barre perpendiculaire, - d'une carte électronique permettant de transformer le signal analogique fourni par le capteur en une suite de valeurs numériques, - un programme approprié en vue de récupérer sur ordinateur les valeurs numériques fournies par la carte électronique, et de pouvoir les analyser. Le fonctionnement de l'invention est le suivant : - l'utilisateur fait le choix des valeurs des quatre paramètres qu'il souhaite étudier : o la force appliquée : en choisissant le poids des masses accrochées au bout de la corde qui va actionner la poulie, o la masse d'inertie : en choisissant le poids des masselottes sur la barre perpendiculaire à l'axe vertical o la distance de masse d'inertie : en réglant la position de ou des masselottes sur la barre perpendiculaire o et le décalage de la force appliquée : en enroulant la corde autour du diamètre de la poulie choisi. L'utilisateur lâche la masse pour mettre le mécanisme en rotation, A chaque demi-tour effectué, la barre perpendiculaire vient couper le faisceau du capteur infrarouge, ce qui rompt le courant du capteur, - la carte électronique traduit cette coupure comme un départ de cycle, - à la coupure suivante (soit un demi-tour de barre perpendiculaire effectué), la carte électronique transmet au logiciel une valeur de temps entre les deux coupures, et relance un nouveau cycle, Le programme peut agir selon deux modes, dits enregistrement simple ou mode complet : o En enregistrement simple : - le programme recevant les données numériques de la carte (T =temps en millième de seconde), trace un graphique retraçant les temps de passage par demi-tour, - le même programme va transformer le temps de passage en vitesse de passage (w en tour par seconde), - ensuite il va tracer le graphique de représentation de la vitesse selon le temps de passage, - enfin il transforme la vitesse en valeur d'accélération sur chaque demi-tour. o En mode complet : - Le programme choisit pour l'utilisateur les valeurs de : force appliquée, masse d'inertie, distance de masse d'inertie, et décalage de la force appliquée, - Il agit en mode d'enregistrement simple comme indiqué ci-dessus, - Il propose à l'utilisateur de faire varier un des quatre paramètres avec deux autres valeurs (soit trois valeurs au total), - L'utilisateur relance l'appareil pour chaque valeur, - Le programme trace le graphique d'accélération lié au paramètre, permettant ainsi d'obtenir un graphisme regroupant les trois valeurs d'accélération obtenues pour chaque réglage du paramètre. REVENDICATIONS1) Procédé de détection de passage infrarouge dôté d'une programmation pour appareil didactique de mesure du temps sur l'accélération d'un corps en rotation agissant sous l'influence de quatre paramètres que sont : la force appliquée, la masse d'inertie, la distance de masse d'inertie, et le décalage de la force appliquée, et reposant sur un système mécanique conventionnel composé d'un axe vertical appelé à tourner sur lui-même doté d'au moins une poulie et d'un entrainement mécanique par corde, d'une barre perpendiculaire à l'axe vertical appelée à supporter une masselotte réglable en tout endroit de la barre aux fins d'offrir un réglage de la distance entre la masse et l'axe vertical, caractérisé par une technologie de capteur infrarouge relié à une carte électronique faisant office de chronomètre aux fins de transformer les données visuelles en données numériques, et un programme approprié pour récupérer sur ordinateur les valeurs numériques et les analyser. 2) Procédé de détection de passage infrarouge dôté d'une programmation pour appareil didactique de mesure du temps sur l'accélération d'un corps en rotation selon la revendication 1 caractérisée en ce que le capteur infrarouge détecte chaque passage de la barre perpendiculaire, cette dernière venant couper le faisceau du capteur infrarouge. 3) Procédé de détection de passage infrarouge dôté d'une programmation pour appareil didactique de mesure du temps sur l'accélération d'un corps en rotation selon la revendication 1 caractérisée en ce qu'une carte électronique transforme le signal analogique fourni par le capteur en une suite de valeurs numériques. 4) Procédé de détection de passage infrarouge dôté d'une programmation pour appareil didactique de mesure du temps sur l'accélération d'un corps en rotation selon la revendication 3 caractérisée en ce que la carte électronique traduit la coupure comme un départ de cycle, à la coupure suivante la dite carte électronique transmet au logiciel une valeur de temps entre les deux coupures, et relance un nouveau cycle. 5) Procédé de détection de passage infrarouge dôté d'une programmation pour appareil didactique de mesure du temps sur l'accélération d'un corps en rotation selon la revendication 1 caractérisée en ce qu'un programme approprié récupère sur ordinateur les valeurs numériques fournies par la carte électronique, et les analyse. 6) Procédé de détection de p'assage infrarouge dôté d'une programmation pour appareil didactique de mesure du temps sur l'accélération d'un corps en rotation selon la revendication 5 caractérisée en ce que le programme dispose de deux modes de fonctionnement appelés « enregistrement simple » ou « mode complet ». 7) Procédé de détection de passage infrarouge dôté d'une programmation pour appareil didactique de mesure du temps sur l'accélération d'un corps en rotation selon les revendications 5 et 6 caractérisée en ce que le « mode d'enregistrement simple » du programme reçoit les données numériques de la carte en millième de seconde, trace un graphique retraçant les temps de passage par demi-tour, transforme le temps de passage en vitesse de passage, trace le graphique de représentation de la vitesse selon le temps de passage, et transforme la vitesse en valeur d'accélération sur chaque demi-tour. 8) Procédé de détection de passage infrarouge dôté d'une programmation pour appareil didactique de mesure du temps sur l'accélération d'un corps en rotation selon les revendications 5 et 6 caractérisée en ce qu'en « mode complet » le programme choisit pour l'utilisateur les valeurs de : force appliquée, masse d'inertie, distance de masse d'inertie, et décalage de la force appliquée, agit en mode d'enregistrement simple comme indiqué ci-dessus, propose à l'utilisateur de faire varier un des quatre paramètres avec deux autres valeurs, et trace le graphique d'accélération lié au paramètre, permettant ainsi d'obtenir un graphisme regroupant les trois valeurs d'accélération obtenues pour chaque réglage du paramètre.