Fonction

Appareil pour l’étude de la chute des corps !

 

Description

Un chariot, portant une plaque de verre enfumée, peut tomber guidé par deux montants verticaux fixés sur un lourd socle muni de vis calantes (pour assurer la verticalité des guides). Une lame élastique, verticale en position de repos, est fixée à sa partie inférieure sur le socle ; sa partie supérieure libre porte un stylet qui repose légèrement sur la plaque enfumée pour y laisser une trace.

Cette trace est une droite verticale lorsque le chariot tombe alors que la lame élastique est au repos ; sur cette droite on mesurera les espaces parcourus.

Un dispositif permet de bloquer le chariot en position haute et la lame élastique en position d’écartement maximal; le même dispositif permet de libérer simultanément le chariot et la lame. L’enregistrement obtenu est une courbe qui recoupe à intervalles de temps égaux la droite verticale découpant sur celle-ci des segments dont on vérifie que leurs mesures croissent comme une progression arithmétique de raison

gT2/8

où T est la période d’oscillation de la lame (facilement mesurable) et g l’intensité du champ de pesanteur, que l’on déduit ainsi des mesures.

 

Histoire

Cet appareil aurait été acquis en 1928.

« Dans le vide, tous les corps tombent également vite » : Galilée (1564-1642) eut conscience de cette loi en observant les oscillations du lustre de Benvenuto Cellini sous la voûte de la cathédrale de Pise. Il tenta de la vérifier en laissant tomber différents objets du haut de la tour de Pise : ils atteignaient le sol simultanément quand ils n’offraient pas trop de prise à la résistance de l’air. Cette loi est mieux vérifiée avec le tube de Newton (1642-1727). Galilée eut l’idée que le mouvement d’une bille sur un plan incliné était une variante ralentie de la chute des corps, il établit ainsi en 1602, avec des billes de laiton glissant dans des rainures inclinées, longues de 14 m, que la vitesse était proportionnelle au temps (Galilée ne disposait que d’horloges à eau !).

On a longtemps prétendu étudier, dans les lycées une forme ralentie de la chute des corps avec la machine d’Atwood (voir Mec2-4). Puis, on utilisa la machine de Morin : le corps qui chute le long d’une génératrice d’un cylindre tournant à vitesse uniforme y inscrit une parabole, que l’on exploite. Arthur Morin (1795-1880), ancien élève du lycée Louis le Grand, général polytechnicien, créa cette machine pour son enseignement au Conservatoire des Arts et Métiers (on lui doit également un mémoire sur le pendule balistique). La « Guillotine » succéda à la machine de Morin. De faible coût, elle était encore utilisée après la seconde guerre mondiale.

Par la suite une bille fermant un circuit lorsqu’elle est retenue par un électroaimant, tombe dans un panier dont le fond coupe une autre circuit, puis arrête une horloge électronique. On a aussi utilisé des méthodes chronophotographiques dans l’enseignement.

Les mesures électroniques du temps ont fait de tels progrès que la chute d’une règle dans le vide remplace, pour la mesure de g, le pendule de Kater en métrologie de précision (voir Mec2-6).

 

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