Comment fabriquer et utiliser un pendule

Fabriquer un pendule est une activité ludique qui vous permet de passer un moment agréable avec vos enfants. Un pendule est constitué d'un corps solide (généralement rond et métallique) et d'un morceau de corde. Le corps se balance au bout de la corde autour d'un axe fixe. Si vous visitez Paris, prenez le temps d'aller observer un des deux pendules de Foucault se trouvant au Conservatoire National des Arts et Métiers et au Panthéon ainsi que la pendule astronomique de Passemant qui se trouve dans le cabinet de la Pendule au château de Versailles. Il existe différents types de pendules (le pendule de Foucault, le pendule de Newton, le pendule balistique, le pendule de torsion, etc.) Dans cet article, nous vous expliquons comment fabriquer un pendule simple.

Construire un pendule

  1. Munissez-vous d'une corde. Vous pouvez fabriquer un pendule très facilement dans une chambre ou dans le salon de votre maison en ayant les objets nécessaires à portée de la main. Munissez-vous d'une corde de 70 cm de longueur au minimum. Dans le futur, vous pourrez expérimenter en créant des pendules ayant des cordes de différentes longueurs.
    • Prenez une règle métallique (ou en bois) rigide (elle ne doit pas bouger durant l'expérimentation) d'un mètre ainsi que deux chaises. Ces éléments forment la base de votre pendule. Vous nouerez la corde au centre de la règle d'un mètre et poserez la règle sur les dossiers des chaises afin que votre pendule se balance entre les deux chaises.
    • Vous allez également avoir besoin d'une paire de ciseaux pour couper la corde et d'un rouleau de ruban adhésif. Si vous utilisez des pièces de monnaie pour créer le poids du pendule, le ruban adhésif va vous permettre de les fixer au bout de la corde.
    • Vous pouvez employer de la corde fine ou bien un bout de fil résistant, mais quel que soit votre choix vous devez en couper un morceau d'une longueur de 70 cm ou un peu plus.
    • Vous allez avoir besoin d'un chronomètre. Il vous permettra de mesurer la fréquence d'oscillation (combien de fois par seconde le poids fait un aller et retour) du pendule et la différence entre les fréquences d'oscillations en fonction de la longueur de la corde et de l'angle de balancement.
    • Pour créer le poids, vous pouvez utiliser trois pièces de 10 centimes d'euro ou quelques rondelles métalliques (par exemple des joints). Vous avez certainement ces objets dans votre maison.
  2. Positionnez les chaises. Placez les deux chaises dos à dos en laissant un espace d'un peu moins d'un mètre entre les deux, car vous poserez la règle d'un mètre sur leur dossier. Vous devez absolument placer les chaises dos à dos ou bien votre pendule heurtera le piètement ou le siège des chaises en se balançant.
    • Posez votre règle d'un mètre sur le dossier des deux chaises. Vous devez bien centrer la règle en laissant exactement la même longueur dépasser sur chaque dossier ou bien le balancement du pendule et vos mesures des différentes périodes et fréquences d'oscillations seront incorrectes.
    • Après avoir placé la règle d'un mètre correctement sur les dossiers de vos chaises, fixez-la avec du ruban adhésif afin qu'elle ne se déplace pas durant votre expérimentation.
  3. Coupez la corde. Coupez un morceau de corde fine d'une longueur de 70 cm. La corde est un des éléments constituant votre pendule, vous ajouterez ensuite un autre élément, le poids. Si vous le souhaitez, vous pouvez fabriquer plusieurs pendules en coupant des morceaux de corde de différentes longueurs. Vous constaterez ainsi que la fréquence d'oscillation ne dépend pas de la masse qui est accrochée à la corde, mais qu'elle varie selon la racine carrée de la longueur de la corde.
    • Attachez une extrémité de la corde au centre de la règle posée sur les dossiers des deux chaises. De cette façon, votre pendule ne pourra pas heurter les chaises en se balançant.
  4. Attachez le poids. Attachez maintenant cinq rondelles métalliques à l'autre extrémité de la corde en faisant passer la corde au centre des rondelles. Vous pouvez substituer trois pièces de 10 centimes d'euro aux rondelles métalliques. Fixez-les à l'extrémité de la corde avec un morceau de ruban adhésif.
    • Vous constaterez qu'en attachant un objet léger (comme une petite balle en mousse) à votre pendule, il va se déplacer à la même vitesse qu'en y attachant un objet plus lourd (plusieurs rondelles métalliques). Ceci est dû à la gravité terrestre. Quel que soit son poids, l'accélération d'un objet tombant en chute libre est exactement la même.

Utiliser un pendule

  1. Prenez le poids dans une main. Placez-vous entre les deux chaises d'un côté de la règle et prenez les rondelles métalliques dans une main. Approchez-les de vous en tirant légèrement sur la corde pour qu'elle soit tendue. La fréquence d'oscillation du pendule change en fonction de l'angle de la corde.
    • Si vous lâchez les rondelles métalliques en formant un angle de 90° avec la règle d'un mètre, votre pendule aura une fréquence d'oscillation différente que si vous le lâchez en formant un angle de 45°.
  2. Lâchez les rondelles métalliques. Relâchez la corde (tendue) et le poids entre les deux chaises de façon à ce qu'il ne heurte pas le piètement durant son balancement ou bien vous devrez recommencer l'expérimentation. Prenez votre chronomètre dans l'autre main afin de mesurer la période d'oscillation du pendule.
  3. Déclenchez le chronomètre. Déclenchez le chronomètre à l'instant précis où vous relâchez le poids puis arrêtez le chronomètre au moment exact où il revient à son point de départ. Il vous sera utile d'avoir un assistant afin de réaliser cette opération, car il pourra déclencher et arrêter le chronomètre pendant que vous manipulez le pendule.
    • La période d'oscillation est le temps nécessaire au pendule pour effectuer un aller et retour complet alors que la fréquence d'oscillation est le nombre de fois que votre pendule fait un aller et retour par seconde.
  4. Arrêtez le pendule. Prenez à nouveau le poids dans une main, tendez la corde et relâchez votre pendule avec exactement le même angle que la première fois. Déclenchez le chronomètre et regardez si la période d'oscillation de votre pendule est identique à votre première observation.
  5. Écrivez vos observations. Répétez l'opération plusieurs fois et notez chaque période d'oscillation ainsi que la fréquence d'oscillation de votre pendule. Vous pourrez ainsi comparer les changements de période et de fréquence en faisant de nouvelles expérimentations avec des cordes plus courtes ou plus longues.
    • En répétant le procédé, vous allez comprendre quelles sont les deux applications principales d'un pendule. Un pendule peut contrôler le mouvement des aiguilles d'une horloge ou de la pendule se trouvant dans la cuisine de votre grand-mère. Une autre utilisation fut inventée par le physicien français Léon Foucault.
    • Né en 1819, Léon Foucault a mis en évidence la rotation de la Terre après avoir fabriqué un pendule au Panthéon de Paris. Pour réaliser cette expérimentation, il faut par contre fabriquer un pendule de très grande dimension (celui du Panthéon mesure 67 m). Cela permet au pendule de se balancer pendant une grande période de temps.

Expérimenter avec un pendule

  1. Prenez un autre morceau de corde. Coupez un, deux ou trois morceaux de corde de différentes longueurs. Vous pouvez également placer un objet d'un poids différent au bout de la première corde. Cela va vous aider à observer et comprendre les particularités d'un pendule.
    • Coupez maintenant un morceau de corde de 35 cm de longueur afin d'observer comment se comporte votre pendule avec une corde d'une longueur différente.
    • Fixez le deuxième morceau de corde sur la règle à 20 ou 30 cm de distance du premier pendule pour qu'ils ne s'entrechoquent pas en se balançant durant l'expérimentation.
  2. Modifiez le poids. Placez des objets ayant un poids différent au bout de la corde afin d'observer s'il y a des modifications de fréquence et de période d'oscillation du pendule. Notez à chaque fois la fréquence et la période d'oscillation et comparez vos notes avec celles de vos précédentes observations.
    • Pour obtenir la période et la fréquence d'oscillation moyenne de votre pendule, vous devez répéter l'opération plusieurs fois (au moins cinq fois) et vous devez chaque fois noter la fréquence et la période d'oscillation du pendule.
  3. Changez d'angle. Un léger changement d'angle n'apportera pas un changement considérable au mouvement de votre pendule, mais en modifiant l'angle de façon importante, vous constaterez qu'il y a une grande différence. Placez par exemple une corde à un angle de 90° et placez l'autre corde à un angle de 30°. Relâchez les poids et observez le mouvement de vos deux pendules.
    • Chaque fois que vous faites une nouvelle expérimentation, changez d'angle ou de longueur de corde, répétez chaque opération au moins cinq fois afin d'obtenir des informations moyennes correctes.
  4. Modifiez la longueur de la corde. Fixez deux pendules ayant des cordes de différente longueur, mais des poids identiques à votre règle. Le pendule ayant une corde plus courte se balance-t-il à la même vitesse ou plus rapidement que l'autre pendule ?
    • Répétez chaque expérimentation au moins cinq fois puis calculez une moyenne à partir de tous les temps de période et de fréquence d'oscillation que vous avez obtenus.

Conseils

  • N'employez aucun objet de valeur (comme le vase chinois de l'époque Qianlong de votre grand-mère) ni d'objet fragile pour créer le poids de votre pendule, car ils peuvent se briser malencontreusement.
  • La corde que vous employez doit être d'une longueur beaucoup plus importante que le diamètre du poids de votre pendule.

Avertissements

  • Évitez d'employer des objets qui sont très lourds pour créer les poids de votre pendule, car la corde du pendule peut se briser.

Éléments nécessaires

  • Une règle d'un mètre
  • Deux chaises
  • Une paire de ciseaux
  • De la corde fine ou du fil résistant
  • Un chronomètre, du papier et un stylo
  • Cinq rondelles métalliques (ou dix pour deux pendules) ou bien trois pièces de 10 centimes d'euro (ou six pour deux pendules)
  • Un rouleau de ruban adhésif
Information
Les membres de Guests ne peuvent laisser de commentaires.