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de la dynamique au cours d'exercices et de travaux
pratiques réalisés par les élèves.
Une petite poulie tournante à graduation angulaire
porte une barre transversale (barre porte-poids) qui
permet d'accrocher des masses. La poulie repose sur
un coussinet d'air et permet ainsi des mouvements de
rotation pratiquement sans frictions, l'axe de rotation
étant imposé par un dispositif de centrage. Une poulie
de renvoi et une poulie à étages transmettent le poids
de la masse d'entraînement via un cordon.
Grâce aux frictions réduites, il suffit de très faibles
couples de rotation pour déclencher le mouvement de
rotation, de sorte que l'influence de l'inertie de la
masse d'accélération est inférieure à un pour mille,
même si le moment d'inertie du système est minimal.
Par ailleurs, les mouvements de rotation qui durent
plusieurs secondes peuvent être vus à l'œil nu et saisis
quantitativement
à
mécanique.
Pour obtenir des mesures précises, on peut aussi
utiliser un compteur numérique qui est lancé par
l'unité Démarrage/Arrêt, puis arrêté par le signal d'un
capteur réflexe laser au moment du passage à zéro.
Le générateur de courant d'air du système de rotation
sur coussinet d'air U8405680-115 est conçu pour une
tension secteur de 115 V (±10 %), celui de l'ensemble
U8405680-230 pour 230 V (±10 %).
Le complément au système de rotation sur coussinet
d'air U8405690 permet d'étudier les oscillations
tournantes sans friction et les mouvements de
rotation sans friction avec une grande poulie
tournante.
3. Matériel fourni
1 unité à coussinet de pivotement
1 poulie tournante avec barre porte-poids
1 poulie à étages
1 unité Démarrage/Arrêt
3 crochets en S (2x 1 g, 1x 2 g)
1 jeu de masses (2x 12,5 g, 2x 25 g, 2x 50 g)
1 générateur de courant d'air avec alimentation
secteur
1 tuyau flexible en silicone avec robinet
1 poulie de renvoi
1 tube statif long
1 tube statif court
1 tige statif, 250 mm
1 disque de nivellement
1 bobine de fil de couture
l'aide
d'un
chronomètre
4. Caractéristiques techniques
Graduation angulaire :
Division de la graduation :
Longueur de la barre porte-poids :
Rayons des perforations :
Pas des perforations :
Rayons de la poulie à étages :
Moment d'inertie de la poulie
tournante avec barre porte-poids :
Moment d'inertie max. :
Couple d'entraînement min. :
Couple d'entraînement max. :
5. Notions de base générales
Par analogie à l'équation de Newton sur les
mouvements de translation, un corps rigide placé sur
un pivot rotatif de moment d'inertie J subit
l'accélération angulaire α, lorsque le couple de
rotation
= J
α ⋅
(1)
M
.
Si le couple de rotation est constant, le corps effectue
un mouvement de rotation à une accélération
angulaire constante.
Le corps tourne pendant le temps t dans un angle
1
ϕ
=
α ⋅
t ⋅
(2)
2
Il en résulte pour l'accélération angulaire α
ϕ ⋅
2
α
=
(3)
2
t
et
π
α
=
(4)
avec
2
t
Le couple de rotation M résulte de la force du poids
d'une masse d'accélération m
dans un écart r
avec l'axe de rotation.
M
=
⋅
(5)
M
r
m
M
M
m
g =
9
,
81
: accélération de la pesanteur
2
s
Si l'on ajoute à la barre porte-poids du système de
rotation deux masses supplémentaires m
écart fixe r
avec l'axe de rotation, le moment d'inertie
J
augmente selon l'équation
=
+
⋅
⋅
2
(6)
J
J
2
m
r
0
J
J
J
: moment d'inertie sans masses supplémentaires
o
2
0 – 360°
1°
env. 440 mm
30 – 210 mm
20 mm
5 / 10 / 15 mm
env. 0,9 g m²
env. 7,1 g m²
env. 0,05 mN m
env. 0,60 mN m
2
.
ϕ 90
=
°
, qui s'attaque au corps
M
⋅
g
dans un
J
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