Pendule à excitation paramétrique - École …...Pour le pendule construit: 𝑄≈300 et...
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Théorie L’équation de l’oscillateur paramétrique est une équation de Mathieu de la forme:
𝜃 +𝜔0
𝑄𝜃 + L(1−
Δ𝐿
𝐿cos(𝜔𝑡) 0 = ߠ(
𝑄 ≫ 1 est le facteur de qualité du pendule
Pour le pendule construit: 𝑄 ≈ 300 et 𝜔0 ≈ 9.4 rad/s (𝑓0 ≈ 1.5 Hz) Sans frottements, il y a résonance à 𝜔 = 2𝜔0, quelle que soit l’amplitude de l’excitation
Pour atteindre la résonance malgré les frottements, il faut que Δ𝐿
2𝐿>
1
𝑄
Construction Contraintes: Changement d’amplitude et de fréquence (propre et d’excitation paramétrique), aspect visuel, transport (poids et batteries). Dimensionnement: Choix de la longueur du fil, et de la masse pour garder le fil tendu, choix de l’entrainement et du moteur ainsi que de son contrôleur. Matériaux: • Structure en bois pour légèreté et facilité de construction • Mécanisme en aluminium et acier (solidité, réduction des frottements, aspect visuel et facilité de
montage) • Fil en acier et cuivre tressé (rigidité en traction et souplesse en flexion)
But • Visualiser la résonance paramétrique • Estimer le facteur de qualité par modulation de l’amplitude d’excitation • A une certaine amplitude d’excitation, déterminer les fréquences d’excitation permettant la résonance
Contrôle du moteur Equipements: Moteur, Arduino, sondes de Hall, LCD Réglage de la vitesse: Contrôle en Pulse Width Modulation (PWM)
Références: Nonlinear Dynamics of Nanomechanical and Micromechanical Resonators, Lifshitz and Cross Mécanique vibratoire, systèmes discrets linéaires, Michel Del Pedro et Pierre Pahud
Remerciements: G.Villanueva, Ph.Müllhaupt et P.-Y. Rochat Supervision: G.Villanueva
Pendule à excitation paramétrique Conception et construction
V. Dor, T. Pinna, R. Treyvaud
Schéma du mouvement souhaité
𝑄 = ∞
𝑆𝑡𝑎𝑏𝑙𝑒
𝐼𝑛𝑠𝑡𝑎𝑏𝑙𝑒
1
𝑄
∆𝐿
𝐿
1
2
3
1
𝑄(𝜔−2𝜔0
𝜔0) 1 2 0
Stabilité de l’oscillateur paramétrique non-amorti
Schéma de montage de l’électronique
𝑄 = 1
Pendule à excitation paramétrique