Comment fabriquer et utiliser un pendule

Un pendule est un système oscillant. Il est constitué d'un lien (corde, ficelle, parfois un élastique) au bout duquel est suspendue une masse, le tout est fixé à un point d'ancrage fixe. Si personne ne le touche, il ne bouge pas, mais si l’on écarte la ficelle de la verticale, la masse va se mettre à osciller pour retrouver cette position d'équilibre. Le nombre des oscillations, la période et les amplitudes dépendent de certains facteurs que l'on verra. Ce système de pendule est très simple, mais il met en jeu quelques phénomènes physiques pas inintéressants. En fabriquer un est un jeu d'enfant !

Méthode 1

Méthode 1 sur 3:

Fabriquer un pendule simple

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Fixez solidement un crayon au bord d'une table. Il sera donc déposé, puis scotché sur le rebord d'une table, le crayon dépassant d'environ 2 cm. L'endroit où vous nouerez la ficelle sera le point d'ancrage du pendule : c'est un point fixe. Vous veillerez à prendre du ruban adhésif solide qui résistera au poids de l'objet fixé au bout du pendule ^{[1]XSource de recherche}.
- Pour tester la solidité de votre crayon, appuyez sur le bout qui dépasse… sans forcer cependant outre mesure.
2
Fixez la ficelle. Coupez un morceau de ficelle non extensible de 60 à 90 cm de long (cette longueur dépend de la hauteur de votre table), puis faites un nœud à une extrémité, ce nœud sera serré sur le bout de crayon qui dépasse. En fait, si vous voulez que votre pendule fonctionne bien, il faut que ce nœud ne soit ni lâche ni trop serré. Disons que la boucle doit épouser le crayon et être bloquée par un noeud serré ^{[2]XSource de recherche}.
- Une fois installée, faites bouger la boucle : elle doit pouvoir bouger, mais non trop.
3
Fabriquez un petit crochet métallique. Récupérez un fil de fer rigide d'environ 5 cm de longueur dont vous allez courber une des extrémités en forme d'hameçon (en forme de « J »). Ce crochet sera fixé au bout de la ficelle et vous permettra d'y suspendre diverses masses, comme des écrous ^{[3]XSource de recherche}.
- Pour plier un fil un peu rigide, il faut le bloquer d'un côté et se servir d'une paire de pinces.
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Suspendez un écrou au bout de la ficelle. Récupérez un écrou de 6 mm que vous glisserez sur le crochet. Cet écrou est la masse nécessaire à tout pendule. Le choix de l'écrou s'explique, grâce à son trou central, par sa facilité d'accrochage. Et comme vous allez tester votre pendule avec 2 ou 3 écrous, ce sera toujours aussi simple. Au besoin, resserrez un peu le crochet pour que l'écrou ne s'en aille pas lors des oscillations ^{[4]XSource de recherche}.
- Ne fermez pas complètement le crochet, vous vous compliqueriez la tâche.
Conseil : ne prenez que des écrous identiques, vous pourrez ainsi voir les modifications d'oscillation du pendule.
5
Faites-vous un repère de lâchage. Comme vous allez lâcher le pendule plusieurs fois de suite d'une même position, il vous faut un repère. Pour cela, vous allez prendre un carton un peu grand (30 x 30 cm) sur lequel vous allez tracer un angle droit, le 0° sera en bas, puis l'angle à 45°, puis les angles à 27,5° et à 72,5° chaque fois vous divisez l'angle en 2. Scotchez ce carton sur la tranche de la table, sous le crayon, votre dessin visible ^{[5]XSource de recherche}.
- Vous amènerez la ficelle du pendule juste en face d'un de ces repères.
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Méthode 2

Méthode 2 sur 3:

Faire osciller un pendule

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Amenez le pendule sur 45°. Prenez l'écrou en main, tendez la ficelle et écartez, grâce au carton, le pendule de 45° de sa position verticale (repos). Vous pourriez tout aussi bien le lâcher de la position 72,5° ou 27,5°, 45° est une position moyenne ici ^{[6]XSource de recherche}.
- Pour tirer des conclusions sures, vous devez, pour une expérience donnée, lâcher le pendule toujours du même point.
2
Lâchez le pendule. Au moment même où vous lâchez le pendule, vous devez faire 2 choses : démarrer un chronomètre et compter les oscillations du pendule pendant une minute. Une oscillation est composée d'un mouvement aller et du mouvement retour. En partant toujours du même écartement, faites 5 fois cette expérience et chaque fois, notez le nombre d'oscillations de votre pendule ^{[7]XSource de recherche}.
- N'imprimez aucune force sur le pendule, laissez-le se déplacer sous l'action de son propre poids.
- Si vous inscrivez ces oscillations, c'est pour pouvoir en calculer un nombre moyen.
3
Calculez une moyenne des oscillations. La moyenne s'obtient en faisant la somme des oscillations de tous les lâchers, puis en la divisant par le total des lâchers. La moyenne obtenue correspond à un lâcher avec une certaine masse suspendue et selon un certain angle d'écartement ^{[8]XSource de recherche}.
Vous lâchez, par exemple, 5 fois le pendule et obtenez les nombres d'oscillations suivants : 9, 7, 8, 10 et 7. Additionnez tout, puis divisez par 5. Divisez 41 par 5, soit une moyenne de 8,2 oscillations pour cette expérience.
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Méthode 3

Méthode 3 sur 3:

Comprendre le comportement physique d'un pendule

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Suspendez un deuxième écrou à votre crochet. Le but est de voir si la masse accrochée au bout d'un pendule a une quelconque influence sur le nombre d'oscillations. Ainsi lesté, vous lâcherez votre pendule du même point que précédemment, cela bien sûr si vous voulez faire une comparaison. Comme précédemment, vous lancerez le chronomètre et compterez le nombre d'oscillations en 1 minute. L'expérience est à faire 5 fois de suite dans les mêmes conditions. Il s'ensuivra le calcul de la moyenne.
- Nous vous laissons le plaisir de le vérifier par vous-même, mais vous allez constater que le nombre d'oscillations est le même dans les deux cas, avec 1 ou 2 écrous !
- Suspendez un troisième écrou. Faites des lâchers dans les mêmes conditions et vous savez déjà quel va être le résultat ^{[9]XSource de recherche}.
Vous le voyez : quelle que soit la masse suspendue au bout d'un pendule simple, elle n'affecte en rien le mouvement du pendule, le nombre d'oscillations reste le même !
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Modifiez l'angle de lâchage. Le but est de toujours de voir si cela va affecter le nombre d'oscillations. Cette fois, vous donnerez à votre pendule une plus grande amplitude, vous l'écarterez d'un plus grand angle : vous étiez à 45°de sa position de repos, passez à 72,5°. Ne laissez qu'un seul écrou sur le crochet et réalisez 5 lâchers depuis cette position, comptez les oscillations sur 1 minute et faites-en la moyenne, le principe est toujours le même ^{[10]XSource de recherche}.
- Vous allez constater que l'amplitude ne modifie en rien le nombre d'oscillations. Si écart il y avait, il serait dû à l'approximation du lâcher.
- Répétez l'expérience cette fois depuis l'angle 27,5°. Chronométrez, comptez les oscillations, faites la moyenne sur 5 lâchers. Nous vous laissons conclure.
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Modifiez la longueur du pendule. Réduisez-le, par exemple de moitié, de 60 cm, passez à 30 cm. Pour ne pas perdre trop de temps à modifier votre pendule, coupez du côté de l'attache au crayon, le crochet n'aura pas à être remonté. Ajustez éventuellement le carton de repérage et fixez un seul boulon au crochet. Faites une série de 5 lâchers avec les mêmes contraintes.
- Si vous voulez être encore plus convaincu(e) de l'effet de la longueur sur les oscillations, réduisez encore de moitié.
- La période (nombre d'oscillations par unité de temps) ne dépend que de la longueur du pendule. Plus le pendule est court, plus il oscille rapidement, la période varie comme la racine carrée de sa longueur ^{[11]XSource de recherche}.
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