Entretien des oscillations : principe.

Les forces de frottement, essentiellement la résistance de l'air, amortissement les oscillations. On reconnaît un frottement fluide dans le fait que l'amplitude des oscillations est divisée par deux au bout d'une durée constante de l'ordre de 30 min (amortissement exponentiel).

Le dispositif ci dessous permet de conserver une amplitude constante (1,3 m) pendant une durée qui a été portée jusqu'à trois heures (le pendule est arrêté, calé, et protégé par des grilles la nuit). Ce dispositif permet aussi de lancer le pendule, jusqu'à l'amplitude d'oscillations ci-dessus, à partir d'oscillations initiales de très faible amplitude, de l'ordre de 10 cm.

La marche du pendule, c'est à dire la vitesse de rotation du plan d'oscillation par rapport au référentiel terrestre, n'est pas perturbée si l'axe de la bobine est calé bien vertical.

On utilise l'interaction magnétique, car il n'est pas question d'agir par contact, avec quelque partie du pendule que ce soit.

Lorsque le pendule "descend" vers sa position d'équilibre, le courant dans la bobine fixe, d'axe vertical, est dans un sens tel que des forces attractives apparaissent entre le pôle Sud de l'aimant permanent porté par le pendule et la face supérieure de la bobine.

La vitesse de déplacement du pendule augmente donc.

(Les forces répulsives entre l'aimant permanent du pendule et la face sud de la bobine sont négligeables ainsi que celles entre le pôle nord de l'aimant permanent et la face nord de la bobine).

Lorsque le pendule passe par la position d'équilibre, sa vitesse est maximale : il apparaît dans la bobine une force électromotrice d'induction, qui se superpose à la tension d'alimentation continue de la bobine : il apparaît donc une surtension aux bornes de celle-ci. Cette surtension est détectée par un circuit électronique et sert à déclencher un relais électromécanique qui inverse le sens du courant dans la bobine (et donc qui produit une inversion de polarité Nord-Sud pour celle ci).

 

Lorsque le pendule "remonte", depuis sa position d'équilibre, les forces magnétiques prépondérantes sont répulsives, la vitesse du pendule diminue moins vite dans cette phase que si les forces magnétiques n'existaient pas.

Le maintien du sens du courant est temporisé (environ 1 seconde) , passé ce délai la distance pendule-bobine est telle que les forces magnétiques sont négligeables, le relais d'alimentation de la bobine retombe alors et la situation de la première figure est rétablie pour accélérer à nouveau le pendule lors de son retour.

Avec l'aimant permanent très performant utilisé (alliage Fer-Bore-Néodyme) un courant de l'ordre de 0,5 A dans la bobine suffit pour maintenir une amplitude totale des oscillations de 2x1,3 = 2,6 m.

Le système est auto-stabilisé car l'énergie perdue par demi-période croit avec l'amplitude des oscillations, alors que celle apportée par l'interaction aimant-bobine est constante pour une intensité du courant I donnée.

Retour à la page d'accueil