Comment régler un pendule?

METHODE POUR AJUSTER UN PENDULE DE FOUCAULT.

Il va quasiment s’agir ici de résoudre équation à 6 inconnues : Le niveau de la bobine, le centrage de la bobine, le niveau de la suspension, le centrage de la fixation du fil, l’anisotropie du fil de suspension et le centrage de l’anneau de Charron. Changez seulement un seul de ces paramètres, et le pendule ne fera qu’osciller sans tourner. Cette méthode est donc un guide logique pour arriver à ce que le pendule fonctionne. Mais gardons toujours en tête qu’un pendule de Foucault qui fonctionne tient presque du miracle. Le réglage d’un pendule demande du temps et pas mal de sens logique. Notez chaque fois toutes les modifications que vous faites. Ne comptez jamais sur la chance ou le hasard, car ils vous feront perdre beaucoup de temps et ne vous apprendront rien. Un pendule, ça s’apprivoise. Notez surtout la position du plan d’oscillation plutôt que l’heure, car elle peut nous apprendre beaucoup plus.

1) Temps nécessaire pour les réglages

Il dépend beaucoup de la latitude où se trouve le pendule. Un pendule situé à Singapour a besoin de 1070 heures pour faire une révolution complète : le temps d’attente chaque fois que vous effectuez un réglage quelconque… A la latitude de Paris, il lui faut 30 heures pour faire un tour complet. Vous pouvez diviser ce temps par deux car le pendule va repasser par le même chemin après 15 heures. Pour les réglages grossiers, attendez une heure avant de voir les résultats. Pour les réglages finaux, attendez 15 heures. Comptez donc un minimum de deux semaines sous la latitude de Paris.

 Premières opérations

1) Régler le niveau général du pendule (niveau à bulle)
2) Fixer solidement le pendule contre un mur. Il est très important que l’ensemble soit parfaitement stable.
3) Contrôler le niveau sur le fil à la hauteur de l’anneau de Charron. (pendule stabilisé, à l’aide d’un cône ou bien pendule dynamique à l’aide d’un oscilloscope.
4) Régler le niveau de l’électro-aimant avec le niveau à bulle.
5) Régler visuellement l’axe de la bobine par rapport à l’aimant.
6) Lancer délicatement la balancier

Si toutes ces opérations sont effectuées en ordre, le pendule ne devrait pas fonctionner. Vous avez aurez plus de chances de faire tenir un stylobille en équilibre sur sa pointe du premier coup…

2) Réglages fins

1) Formalités pour régler électriquement axes et niveaux de la bobine
IMPORTANT : D’abord déconnecter la bobine du circuit oscillant.- Laisser stabiliser le pendule jusqu’à ce qu’il soit complètement immobile.- Envoyer quelques petites impulsions d’une seconde à l’aide d’une pile de 9 volts en respectant les polarités : le pendule doit être chassé par la bobine et non pas attiré.- Noter le sens de l’oscillation. – Laisser de nouveau se stabiliser le pendule. A ce point, nous ne savons toujours pas si ce mouvement provient d’un mauvais centrage de la bobine ou bien si elle n’est pas parfaitement de niveau, car ces deux erreurs provoquent les mêmes effets.- Noter l’emplacement, puis déplacer un peu la bobine dans le sens de la première oscillation.- Répéter l’opération aussi souvent que nécessaire jusqu’à ce que le pendule soit stable.-Maintenant tournez la suspension entière d’un demi-tour.-Alimentez de nouveau la bobine. Le pendule doit rester stable. Sinon, cela signifie que l’électro-aimant n’est pas de niveau, que l’axe du pendule n’est pas parfait ou que l’aimant n’a pas un champ magnétique constant sur sa surface. En refaisant les tests, vous parviendrez enfin a régler correctement axes et niveaux.Notez qu’un aimant tordu additionné à une bobine penchée peuvent faire croire que tout va bien car leurs effets s’annulent !
Relancez le balancier. Il ne fonctionne toujours pas ? rassurez-vous : c’est normal.

3) Localiser le problème
Se trouve-t-il en haut (suspension), en bas (électro-aimant) ou dans le fil ? Pour le savoir, il suffit de légèrement modifier un des paramètres Il est préférable de commencer par le haut.

4) Symptômes et solutions
– Le balancier oscille toujours dans le plan où on l’a envoyé, quelqu’il soie.
C’est le pire cas de figure.

– Le balancier part bien, fait une ellipse et s’arrête
Centrage et/ou niveaux grossiers de l’électro-aimant ou de la suspension. Revoyez toute la procédure n°1.

– Le balancier fait une ellipse et part dans n’importe quel sens ?
C’est déjà mieux, mais il y a encore du chemin. Le problème se situe probablement en bas.

– Le balancier stationne toujours dans la même position.
Il est probable qu’un des niveaux n’est pas juste. Pour le confirmer, tournez l’ensemble de la suspension dans un sens et attendez de voir si le sens du pendule suit le mouvement quelques heures plus tard. Si rien ne se passe, c’est que le problème se situe en bas. Tournez l’électro-aimant d’un quart de tour et constatez ce qui se passe. Par habitude, je tourne toujours la suspension d’environ 1/4 heure dans le sens des aiguilles des aiguilles d’une montre.

– Le balancier part dans le bon sens, mais stationne au bout de quelques heures.
Les choses commencent enfin à devenir intéressantes. A partir de maintenant, il va falloir respecter un ordre pour trouver les causes du problème. Tout d’abord, si l’on ne veut pas trop perdre de temps, toutes les modifications doivent se faire dans le sens horaire pour l’hémisphère nord et dans le sens antihoraire pour l’hémisphère sud. Il faut toujours suivre le mouvement naturel. Car si vous allez contre lui, il faudra beaucoup plus de temps pour constater les effets de vos modifications.

Le problème se situe probablement en haut. Pour le savoir, tournez l’ensemble de la suspension d’un quart de tour après avoir marqué sa position. Le balancier devrait suivre le mouvement et se stabiliser quelques heures plus tard un quart de tour plus loin. Si c’est cela, c’est la preuve que le problème se situe en haut et non en bas. Marquez la nouvelle position et tournez la suspension un quart de tour plus loin.

 Ici, il est possible que le pendule se mette à fonctionner correctement. Cela voudrait dire qu’il y a deux défauts différents dont les effets s’annulent .En effet, si le fil a une tension interne dans un sens et que la suspension n’est pas parfaitement de niveau, il se peut que l’on arrive à un état d’équilibre et que ces deux forces se neutralisent. Dans ce cas, les réglages effectués ne seront pas valables pour un autre fil.
Si le sens du pendule suit toujours la position de la suspension quelque elle soie, c’est que le (ou les) problème se situe en haut. Il peut provenir du niveau de la suspension, du fil, du centrage du fil ou de l’attache du fil. Pour savoir si c’est le fil, tournez-le d’un quart de tour en laissant la suspension fixe. Si le pendule suit le mouvement, c’est que le problème provient du fil ou de la fixation du fil. Il se peut que la fixation du fil soit un peu excentrée.
Pour savoir s’il s’agit d’un défaut de la suspension, tournez uniquement le guide-fil. Si le pendule suit le mouvement, nous connaissons le fautif. Dans ce cas, le dernier saphir est ébréché ou mal serti. Pour savoir s’il s’agit de l’attache du fil, tournez-là en gardant la suspension complète fixe. Si rien ne se passe, le problème se situe en bas. Il faut savoir qu’un électro-aimant dont le niveau est faux ne serait-ce que de 0.2 millimètres fera stationner le pendule. Le premier pendule que j’ai fabriqué ne pouvait fonctionner que si l’on glissait une petite feuille de papier sous la bobine à un endroit très précis. Ceci pour donner une idée de l’importance des niveaux.

– Le pendule tourne dans le bon sens, fait des tours complets sur lui-même, mais le fait en prenant plus de temps qu’il ne le devrait. Comme s’il s’attardait en chemin. C’est donc qu’il y a encore une petite erreur qui contriste l’effet dû à la rotation de la terre. A son approche, le pendule peine à tourner librement comme s’il «marchait contre le vent »
Un pendule qui agit ainsi est très sensible, et un rien pourra le faire fonctionner… ou stationner. Il faut donc peaufiner les réglages. Avec les habitudes prises les autres jours c’est devenu maintenant plus facile de détecter les troubles.

– Le pendule fonctionne bien, mais fait une petite ellipse dans une certaine position, toujours la même. Il peut même arriver que cette ellipse s’amplifie et que le pendule s’arrête.
L’axe de l’électro-aimant est quelque peu décalé. Il doit être déplacé perpendiculairement par rapport au plan d’oscillation du pendule. Ce défaut est sournois, car le problème n’est visible qu’une petite demi-heure sur une rotation complète. Et donc jamais à la même heure…

5) Le pendule fonctionne parfaitement.

Surtout ne touchez plus rien. C’est difficile d’arriver à faire le fonctionner correctement, mais curieusement peu de choses perturbent un pendule de Foucault une fois qu’il est bien réglé. Vous n’avez même plus besoin de craindre les courants d’air, les vibrations du sol, magnétismes ou autres phénomènes. Aucune précaution n’est requise pour le lancer du balancier : visez le centre, et c’est tout. Tous mes pendules fonctionnent sans problèmes dans un atelier ouvert avec courants d’air et gens qui passent.

Beaucoup de choses ont été écrites sur les perturbations affectant la bonne marche d’un pendule de Foucault. L’erreur la plus commune est de croire que les perturbations sont externes au pendule. On pense souvent que champ magnétique terrestre, par exemple, perturbe l’effet de Coriolis et qu’il faut éviter les métaux ferreux lors de la construction. Je le croyais aussi, jusqu’à ce que je fabrique un pendule dont le balancier était en fer et fonctionnait parfaitement. Ne cherchez jamais ailleurs si votre pendule ne fonctionne pas tout de suite : incriminez plutôt un des réglages. Et souvenez-vous toujours qu’un court pendule de Foucault qui fonctionne est une sorte de miracle.