MicroFoucault n° 26 : tâtonnements et données techniques. (Part 1)
Journal des tentatives de dressage d’un petit animal sauvage…
6 mai 2024, premier essai:
Le guide-fil est un rubis de palier de montre. Anneau de Charron supérieur en bronze (friction, 6 mm) et inférieur en cuivre (courants de Foucault, 15 mm intérieur). Le balancier est une bille de roulement de 261 grammes. L’ensemble a pris la place du MiniFoucault entre ma cuisine et le salon, ce qui le perturbe beaucoup mais m’offre l’avantage énorme de l’avoir en permanence sous les yeux.
Oscille, mais ne tourne pas malgré toutes mes tentatives de réglages. Echec.
Essais n°2:
Modification n°1, l’anneau de Charron supérieur est maintenant deux fois plus petit, en bronze (friction, 3 mm)
Modification n°2, l’anneau de Charron inférieur est en aluminium (frein par courants de Foucault, 25 mm)
Modification n°3, le balancier. C’est une maintenant une boule de pétanque de 700 grammes suspendue par un aimant.
Modification n°4, rajout d’une aiguille pour éviter les oscillations parasites.
Oscille, a tourné un jour de manière anarchique, parfois dans le bon sens mais trop rapidement, puis s’est arrêté. Semi échec.
Essais n° 3:
Modification n°1, l’anneau de Charron inférieur. Il est maintenant en aluminium (friction: un disque dur silicium de 2’5 pouces 20 mm intérieur posé sur un autre disque dur aluminium de 3’5 pouces 25 mm intérieur).
Oscille, mais ne tourne pas. Echec cuisant.
Essais n°4:
Modification n°5, la suspension: un mandrin en place des clips de serrage.
Modification n°6, le guide-fil: retourné (upside down) et re-réglé.
Modification n°7, l’anneau de Charron: re-serti et mieux fixé qu’avant.
Modification n°8, la fixation de la boule: plus d’aimant ni d’aiguille, mais fixée par une tige et un mandrin.
Modification n°9, l’aimant du bas est maintenant plaqué contre une tige filetée de 5mm. Réglable en hauteur donc.
Modification n°10, le propulseur: anneaux concentriques de centrage pour mesures d’amplitudes.
Oscille, tourne parfois dans le bon sens et puis s’arrête. Semi échec.
Tous mes réglages sont parfaits et ça ne marche toujours pas: serait-ce l’apprentissage du plus-que-parfait?
Essais n°5
Modification n° 11, Echange du balancier: fonte de plomb, tournée, percée et plaquée cuivre. (6 heures d’électrolyse!!!) Ce balancier est maintenant amagnétique, trois fois plus lourd (2,171 kilos) et son centre de gravité est placé plus bas.
Modification n° 12, la longueur, qui passe maintenant à 12 centimètres.
Etat des lingots de plomb avant usinage: des déchets divers fondus dans un bol en céramique…
A (mal) fonctionné quelques heures après quelques jours de réglages, puis a arrêté sa révolution pour osciller durant 12 heures sur le même plan avant de rompre le fil.
Echec complet mais sans importance car les choses deviennent intéressantes.
Essais n° 6
Modification n°13, modification du balancier, échange du fil cassé, raccourcissement et rééquilibrage. Pose d’une cascade d’aimants.
Modification n°14, pose d’une règle pour mesurer les hauteurs de la potence, de la suspension et de l’ anneau de Charron. Vitale pour les réglages.
Modification n°15, la pose d’un prisme de contrôle du sens de l’oscillation. Une magnifique pièce d’optique qui traînait dans mon atelier depuis 20 ans, beaucoup plus précise qu’un rayon laser. Il n’est pas beau du tout, mais si pratique! A partir de maintenant, cinq minutes d’attente suffiront pour constater et mesurer la rotation du pendule.
Modification n°16: réduction de l’anneau de Charron inférieur (à courants de Foucault). C’est le prix à payer pour éviter toute nouvelle casse du fil. On doit ici frôler les limites de la physique: est-ce que l’effet de Coriolis peut encore agir avec une amplitude de 7.5 millimètres? Mon rêve est de pouvoir un jour éliminer l’anneau de Charron supérieur (mécanique, à friction) pour ne plus garder que celui du bas.
Modification n° 17: la longueur, qui remonte à 10 centimètre.
Encore un échec…
Note pratique sur la longueur du pendule. Elle ne se mesure certes pas avec une règle car on ne peut connaître exactement son centre de gravité. Je mesure donc le temps mis pour faire une période puis use ensuite la formule suivante: T=4⋅√L:g⋅K(sin(θ:2)) , k étant l’intégrale elliptique complète de 1ère espèce. Ne sachant pas calculer, je vais simplement ici: https://www.123calculus.com/pendule-simple-page-8-20-455.html pour faire le sale boulot à ma place. Mon pendule qui fait 0.732 secondes mesure donc 13.3 centimètres. Jusque là tout baigne.
…Sauf que si je descend l’anneau de Charron à friction d’un millimètre, le pendule oscillera 2 millièmes de secondes plus rapidement. On peut donc se dire sans se tromper qu’il s’agit d’un double pendule. Jusque là tout baigne encore. Par contre si j’ôte subrepticement l’anneau de Charron (frein de Foucault) inférieur en cuivre, l’amplitude sera augmentée d’un millimètre et le temps sera alors de 0.686 secondes, soit la longueur d’un pendule de 11.7 centimètres.
Tout ça pour dire qu’à ce niveau, le plus infime réglage produit des effets gigantesques et que ce sera vraiment le plus pur des hasards si ce pendule fonctionne un jour.
Essais n° 7
Modification n°18, pose de renforts latéraux pour éviter tout risque de torsion latérale. Pas beau.
Modification n19, pose d’une deuxième optique de réglage.
Modification n°20, pose d’un anneau de Charron mécanique sous le pendule (deux disques durs) pour éviter les oscillations parasites.
A fonctionné quelques heures avant de s’arrêter. Semi échec.
Essais n° 8
Modification n°21: élimination de l’anneau de Charron mécanique sous le pendule.
Comportement erratique et imprévisible. Echec.
10 août 2024, modification n°22, élévation de l’anneau de Charron de 0.5 millimètres. Ca marche!!!
12 août: Pose d’une caméra courte focale placée au-dessus du pendule. Outré, il décide de faire sa diva et de s’arrêter de tourner: il commence vraiment à mériter son nom…
13 août: L’Indomptable a soudainement décrété qu’il fallait recommencer à tourner. Caméra enclenchée à 8h43.
14 août: 16h00. Echange de la caméra pour une autre de plus longue focale. L’Indomptable tourne comme une horloge.
15 août: Réception des premières données des temps de révolutions, qui sont environ 15% trop rapides en moyenne. Les vitesses de révolutions sont assez différentes selon la position, il ne reste plus qu’à attendre et enregistrer en permanence: des jours, des semaines… A partir de maintenant, je ferai des modifications « à chaud » pour constater les différences. Certaines pourront stopper la révolution du pendule, d’autres l’accélérer ou la freiner…
16 août: 16h30: Remontée de 1 mm de l’anneau de Charron, sans toucher le pendule. Révolution du pendule trop rapide. (rotation en 24 heures au lieu de 33 heures: 40% trop vite)
19 août: 8h40: redescente de l’anneau de Charron de 1 millimètre selon les mêmes valeurs que le 15 août. Retarde.
20 août: 9h00: remontée de l’anneau de Charron de 3 mm, centrage et remise à zéro de l’affichage du temps, modification des intervalles des prises de vues (3593000 millisecondes au lieu de 3600000).
21 août: 8h00. Pendule très précis sur une demi-rotation. A confirmer ces prochains jours.
22 août: 9h50. Le temps d’une révolution complète est de 32 heures: 5% trop rapide. E-xce-llent!
23 août: 12h00. Tout baigne. Pose d’une sonde, d’un timer ainsi que d’un ordinateur pour enregistrer chaque oscillation au millionième de seconde.
24 août: révolution 27% trop rapide sur les 2 derniers jours. Des années d’expérience en construction de pendules de Foucault font que je suis, de loin, le plus qualifié pour affirmer que je n’y comprends finalement pas grand-chose.
28 août 2024: Voici les enregistrements de 8 jours de rotations:
…Où il s’avère qu’il à fait en tout 8 révolutions complètes qui accélèrent de plus en plus vite: successivement 30, 28, 23, 25 pour se stabiliser ensuite à 20, 20, 20 et 20 heures.
Intéressant.
J’incrimine ici un phénomène souvent constaté: le rodage du fil de suspension, ayant souvent vu des pendules qui ne fonctionnaient pas quelques jours démarrer tout seuls sans aucune intervention externe. La suite s’annonce passionnante. Dans cette expérience, je ne cherche pas à ce qu’il fonctionne au mieux: je provoque toutes les erreurs possibles pour apprendre à les contourner. Ainsi, ce qui est appris ici servira à la compréhension de l’ensemble.
Essai n°9
29 août 2024: 13 heures. Réception des données d’une rotation.
Voici le graphique temporel d’une révolution complète de l’Indomptable, où l’on voit qu’il a encore accéléré: 19 heures pour une rotation. On voit aussi qu’une rotation de compose de deux demi-révolutions dont le schéma se reproduit.
Début de la mesure: 18 heures
Pic n°1: 19 heures
Creux n°1: 23 heures
Pic n°1: 5 heures
Creux n°1: 8 heures
Ce qui nous donne les positions géographiques suivantes:
Déposées dans un tableur, ces 3050 données nous offrent la douce symétrie suivante:
Essai n°10
29 août: 14 heures: déplacement de l’anneau de Charron 1 millimètre plus haut.
19 heures: échec. Le pendule a arrêté de tourner après 5 heures. déplacement de l’anneau de Charron 3 millimètres plus bas.
Echec. Le pendule s’est arrêté au milieu de la nuit. Déplacement de l’anneau de Charron 2 millimètre plus haut.
30 août: 12 heures. Tout semble fonctionner. Fabrication d’une nouvelle sonde pour des mesures plus précises, et raccordement sur l’ordi.
21 heure. La révolution du pendule est de nouveau stoppée. Echec.
Essai n°11
31 août: Fabrication d’un (fabuleux) appareil de mesure me permettant:
1) de centrer précisément et en direct l’anneau de Charron,
2) de centrer précisément et en direct l’électro-aimant et l’aimant,
3) de comparer instantanément les deux à l’aide d’un simple interrupteur,
4) de m’indiquer la hauteur maximale possible de l’anneau de Charron,
5) de mesurer les périodes Charron et/ou électro-aimant au millionième de seconde,
6) et ainsi m’éviter de perdre des semaines ou des mois en tâtonnements et approximations.
11 heures: lancement du pendule. Stabilisation de la course.
12 heures: lancement de la caméra et du logiciel de mesures.
2 septembre: Voici le graphique de 2 jours de révolutions. Force est de constater qu’il est très propre.
Si je prends les données d’une révolution complète pour les mettre dans un tableur…
…et que j’arrondis ce graphique…
…Je peux en déduire que le pendule a tourné 28% trop rapidement le premier jour et que les pics d’amplitude arrivent exactement quand le balancier oscille sur l’axe Y. Je vais donc encore laisser tourner ce pendule quelque jours histoire de confirmer tout ça.
Cette page devient trop longue, mais ceux qui veulent vraiment connaître la suite n’ont qu’à cliquer ici.
