3B Scientific Gyroscope - Manual (Page 8)

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lement à billes garantissant un long temps de rotation,
pratiquement sans frottement. La construction ouverte
du gyroscope permet une très bonne observation des
phénomènes gyroscopiques.
Graduation : de – 45° à + 45°
Division de la graduation : 1°
Disque circulaire : Ø 250 mm
Masse du disque : 1 500 g
Masse des contrepoids : 50 g, 1 400 g
Masse totale : 4 650 g
2.2 Accessoires pour gyroscope
Le jeu d’accessoires pour le gyroscope U52006 comprend
un disque circulaire supplémentaire et un poids de com-
pensation. Il permet de démontrer l’annulation des phé-
nomènes gyroscopiques en présence de deux disques
tournant à la même vitesse dans le sens opposé.
3. Théorie
Un gyroscope est un corps rigide qui tourne sur un axe
fixé en un point. Si aucun couple de rotation n’est exercé
sur le gyroscope, l’axe de rotation (en même temps axe
du moment angulaire) conserve sa position dans l’espa-
ce. Lorsqu’une force extérieure est exercée sur l’axe, le
couple de rotation entraîne une modification du mo-
ment angulaire. L’axe dévie latéralement. Le gyroscope
se déplace dans le sens vertical à l’axe figuré et à la force
exercée. Ce mouvement est appelé « précession ». Lors-
qu’un gyroscope qui est en train de tourner calmement
subit un choc dans le sens opposé à sa rotation, ce cou-
ple de rotation entraîne un mouvement de rotation sup-
plémentaire. Le gyroscope effectue des mouvements de
basculement, appelés « nutation ». Généralement, ces
deux mouvements se superposent.
4. Commande
•
Placez le pied de support 5 sur une plaque de tra-
vail plane et exempte d’oscillations.
•
Disposez et fixez la barre de support 6 dans le pied
de support.
•
Insérez l’axe 2 du gyroscope dans le palier.
•
Avec la nivelle bm , ajustez l’appareil en position ho-
rizontale.
•
Glissez le disque circulaire 1 et les contrepoids 7 ,
8 sur l’axe. Fixez le disque avec le circlip. Amenez le
gyroscope en position d’équilibre. Procédez à un ajus-
tage fin avec la vis de réglage
5 .
•
Faites tourner le gyroscope à la main ou à l’aide du
cordon enroulé sur le tambour
3 .
5. Exemples d’expériences
Pour réaliser les expériences, on a besoin des dispositifs
supplémentaires suivants :
•
U11901 Chronomètre incrémental mécanique pour
mesurer la fréquence de précession et de nutation
•
U15002 Barre de support et U13250 Manchon double
pour fixer le gyroscope
•
U18020 Barrage photoélectrique et U21005 Compteur
numérique pour mesurer le temps de rotation du
disque circulaire
5.1 Détermination du moment d’inertie du disque
circulaire
•
Construisez le gyroscope comme le montre la figure
1 et mettez-le en équilibre.
•
Un couple de rotation D connu est exercé sur le dis-
que. Mesurez l’accélération angulaire d
ω
/dt.
d D
dt I
ω =
•
Pour cela, enroulez le cordon sur le tambour et accro-
chez un poids à l’extrémité du cordon. Puis, laissez
tomber le poids.
•
Pour le couple de rotation D, D = mgr (m = masse du
poids qui accélère et r = rayon du tambour).
•
Pour déterminer l’accélération angulaire, mesurez le
temps
∆
t entre la libération du disque et l’impact du
poids au sol.
•
Puis, déterminez immédiatement la vitesse angulai-
re
ω
E
. A cet effet, mesurez avec le barrage photoélec-
trique la durée d’une rotation du disque. Avant l’ex-
périence, collez un ruban de papier doux sur le bord
du disque.
•
Le moment d’inertie I résulte de l’équation suivan-
te :
d
dt t
ω ω =
∆
E
D t
I =
∆
ω
E
5.2 Précession
•
L’objectif de l’expérience est de démontrer la préces-
sion et d’étudier le rapport entre la durée de préces-
sion et la fréquence de rotation du disque.
•
Construisez le gyroscope comme le montre la
figure 2 et mettez-le en équilibre.
•
Accrochez le poids supplémentaire à l’axe.
Fig. 1 : Détermination du moment d’inertie du disque circulaire