Nous disposons maintenant d’un galvanomètre assez grand. Comment l’exploiter?

Première idée utiliser le microcouplemétre formé par l’équipage mobile et le ressort. Aprés extraction soigneuse du mécanisme, l’idée est tout simplement de prolonger l’aiguille de lecture et d’y lier un frotteur ( petit voir très petit ). Ce frotteur viens frotter sur un disque en rotation autours d’un axe qui est bien entendu confondu avec l’axe de rotation du cadre de galvanomètre.

Comment réaliser cela??. Une idée simple est de souder ( soudure électronique ) le frotteur à l’aiguille , là il faut du doigté et un peu d’habileté. Que prendre comme frotteur ? I doit être petit léger de surface frottante bien définie. On suce un peu son stylo en cherchant, et une idée nous viens la pointe du stylo bille ou feutre , voir plume pas cher ( éviter le Montblanc un c’est cher, deux ça écrit pas si bien que ça ). de l’autre coté un disque de papier sur un carton.

Il ne reste qu’à motoriser le disque tournant.

Avant d’aller plus looin dans la réalisation on s’arrête un peu pour réfléchir. Nous disposons d’un mini couplemétre , d’une barre de commande ( liée au couplemétre d’un coté au frotteur de l’autre c’est bien l’aiguille du galva qui joue ce rôle ). D’un disque de frottement. Il nous reste à imposer ou mesurer la force normale sur le frotteur et à entrainer le disque en rotation. Une idée est de considérer l’aiguille comme une lame élastique et d’imposer une flexion ( très faible , on est dans la mesure fine, pas dans les poids et haltères ) à cette barre . De toute manière le pivot du cadre ne peut supporter que des efforts axiaux très faibles.

Donc à vous de voir comment étalonner cette barre ( en gros on est dans les centièmes de Newton ( dans les grammes force pour ceux qui sont rester en 1900!) .

Et la rotation?. Non ne regarder pas avec cet air d’envie le plateau tournant du four à micro ondes. C’est motorisé par un petit motoréducteur qui fait aussi fonction de liaison pivot, ce serait absolument parfait. C’est le moment de chercher une épave . Attention, bien sur les fours microondes sont dangereux , électriquement bien sur , et si ils sont en mauvais état les fuites d’ondes sont aussi dangereuses ( ne jamais brancher un microonde douteux il risque de fuir des ondes ) . Prenez toutes les précautions, pour extraire ce petit moteur. Une précaution simple est de débrancher , puis de couper le cordon d’alimentation au ras du four, ça limitera les risques mais à vous bien sur de faire attention. Prenez conseil pour fabriquer votre petit plateau tournant auprès d’un électricien qualifié ( attention en particulier à la mise à la terre éventuelle ). Dans le reste du microonde on peut récupérer aussi un aimant très puissant.

Un probléme lors des essais l’aiguille de mesure n ‘est pas très stable . Comment la stabiliser l’idéal serait d’introduire un amortissement. Une idée? Et c’est tout pour aujourd’hui/

Et le galvanomètre?

Qu’est ce qu’un galvanomètre?
(Instrument qui était le centre de pas mal de problémes de physique
il y a 20 ans.). Un bon exemple de mécatronique association de
mécanique et d’électricité.

C’est un instrument de mesure de
courant. Il utilise

un module électromécanique qui se
décompose en

un module électrique : une bobine
parcouru par un courant

un élément mécanique un aimant
permanent et une liaison de mise en rotation de l’un par rapport à
l’autre

un module mécanique qui transforme un
couple en angle.

En gros un courant passe dans la bobine
baignée dans un champ magnétique, des forces et un couple sont
générés et le cadre tourne d ‘un angle qui égalise le couple dans
le ressort et le couple du au passage du courant.

On peut par exemple réutiliser le
pivot de la bobine plus le ressort pour se faire un microcouplemétre
ou dynamomètre.

Il est plus simple souvent de
travailler sur les petits dispositifs c’est moins cher pas
encombrant et plus joli.

Donc premier point se procurer un
galvanomètre , en pratique un ampèremètre ou un voltmètre iront
très bien . Source les puces diverses ainsi que les magasins de
composants genre Conrad.

A ce propose ne pas essayer de
récupérer un appareil en cuivre à grand cadran genre 1900 il
mérite plus de finir comme antiquité décorative , genre machine de
Jules Vergne . Même chose pour le matériel 1930 et 1950 qui vont
très bien dans le style réalisme art déco.

Pour l ‘instant pas de petit dessin de
ces dispositifs , par manque de scanner. Mais bientôt.

Et c ‘est tout pour aujourd’hui. !

Voyons un peu ce que nous pouvons faire sur la mesure du coefficient de frottement. Tout d’abord, cernons un peu le problème. Deux solides en mouvement, ou à l’arrêt, des efforts normaux dans les zones de contact, des efforts tangentiels, les paramètres ? : la forme des zones de contact, l’état de surface, la présence ( ou l’absence de lubrifiant et/ou de produits d’usure), les modifications physico chimiques des zones de contact. Modifications dues à une surchauffe, à une oxydation, à la présence de produits actifs comme les additifs de graissage par exemple . Le problème apparaît vite comme délicat, c’est tout l’objet de la tribologie, qui est tout un domaine scientifique.

Il s’agit donc d’être très modestes dans nos ambitions, d’essayer de se placer dans un cas aussi « simple » que possible; surtout dans des conditions reproductibles.

Donc premier point ce qu’il faut garder constant

Allons au plus simple :

- le couple de matériaux en contact et les conditions physico-chimiques de contact ( ça c’est pas simple et difficile à vérifier, on se placera donc dans des conditions loin des risques d’échauffement et d’oxydation avec un couple de matériaux pas trop réactifs ( on évitera par exemple l’aluminium et ses alliages )

- la forme du contact et l’ordre de grandeur du chargement . On peut le faire varier dans un rapport de 1 à 4 par exemple mais pas dans un rapport de de 1 à 10 ou à 100.

Prenons par exemple un contact sphère plan la sphère de rayon environ 10 mm

Nous réalisons un frotteur .Deux cas de figure se présentent alors:

on impose le chargement du frotteur cad les efforts normaux sur le plan et on mesure les efforts tangentiels avec et sans mouvement Normal → Tangentiel

Ou l’inverse l’effort tangentiel est imposé et on cherche l effort normal mini qui correspond au mouvement commençant. Tangentiel → Normal

Les deux cas correspondent à des relation de causalité différentes (remarque pour les 5/2 éventuels )

Les outils à notre disposition.

La pesanteur fournit obligeamment une force bien connue sur une masse le poids c ‘est très bien déterminé mais la causalité en fait un instrument de création de force facile à mettre en place , pour la mesure des forces on passe par l’utilisation d’une balance et la manipulation de masses connues ( la boite de poids ). on peut aussi utiliser une balance automatique . On la voit dans les vieux films d’avant les années 70 où elle a disparue remplacée par les « balances électroniques » qui sont en fait des dynamomètres. La balance utilise un fléau en équilibre sous l’action de deux poids. Pour la balance automatique et sa came en développante de cercle voir dans un vieux livre de physique.

Les dynamomètres divers . Les pèses personnes électroniques sont affligés en général de toute sorte de fonctions annexes assez ennuyeuses; du genre temporisation maxi rejet des variations etc . Les plus simples sont les moins chers les plus utilisables et les plus rares.

On peut aussi trouver des petits dynamomètres destinés à la mesure des poids sur divers sites internet de vente de composants et systèmes plus ou moins informatiques genre Selectronic ou Conrad.

On peut alors réaliser la chaine suivante

• création d’une force ( plus ou moins inconnue par exemple on tire sur une ficelle )

• mesure de la force par un dynamomètre

• application de la force au système

Application simple:

On pose une brique sur une table , on tire la brique avec une ficelle et un dynamomètre, on connait le poids de la brique et la force nécessaire à la mise en mouvement et/ou au maintien du mouvement. Raffinement indispensable on place sous la brique 3 demi sphères.

En pratique ce n’est pas super commode à utiliser.

Une autre voie est de créer une force connue ( et réglable facilement ) .

Dans le dispositif expérimental précédent on remplace la ficelle et le dynamomètre par une poulie et un récipient à remplir d’eau . On remplit lentement la récipient et on mesure la quantité d’eau donc le poids etc. Problème ce n’est pas facile d’enlever de l’eau. Ce n ‘est pas vraiment super pratique.

à suivre

Le frottement.

Les expériences sur le frottement sont difficiles, de petites variations des conditions d’essais induisent de grandes variations des résultats. De plus , le frottement modifie les surfaces d’essais et on ne peut pas aisément recommencer une expérience. Il pourrait etre tentant de trouver une loi de corrélation entre l’état de surface ( indiqué par un indice d’état de surface et le coefficient de frottement mais c’est assez ambitieux .

On va donc simplement essayer de mesurer un coefficient de frottement dans de cas simples . Une idée est de modifier un galvanomètre.

On va s’y attaquer dés le prochain billet.

Et c’est tout pour aujourd’hui.

A ce point quelques mots de mise en garde, toutes les expériences et méthodes dont nous parlons doivent être mise en œuvre de manière responsable et soignée. Réfléchir d’avant d’agir et ne pas oublier que toute action a sa part de risque . En un mot faites attention à vous, les plaquettes de verres  et les tôles coupent les tournevis dérapent . La poussière de verre n’est pas bonne pour les yeux. Donc prenez vos précautions, lunettes , gants etc.

Enfin, il faut bien remarquer que les test de fidélité ne s’appliquent absolument qu’aux instruments de mesure. Il est tout à fait déconseiller de les sortir du contexte, n’aller pas abandonner le chien à l’autre bout de la plage pour teste sa fidélité …..

La fidélité c ‘est en gros de donner la même sortie pour la même entrée. même avec un appareil professionnel couteux on se rend compte que la fidélité n’est pas toujours  très bonne. le plus souvent c’est du à l’action du diamant de mesure qui rabote la surface si celle ci n’est pas assez dure ( aluminium par exemple ) . Notre appareil ne fournit qu’une courbe ce n’est pas absolument simple de comparer deux courbes .

On voit l’intérêt de déterminer un indice de rugosité à partir de la courbe obtenue. Il existe de très nombreux indices de rugosité chacun étant adapté à des usages spécifiques. ( ici un œil sur Wikipédia ).

Si vous avez le confort d’une carte LabView essayer de faire un petit programme de détermination de Ra par exemple.

Sinon vous pouvez aussi repérer les pics et leurs altitudes relatives pour faire ces comparaisons.

Si votre oscillo est numérique il est possible de disposer de la fonction fft comparer alors les spectres.

Sinon il est toujours possible de recopier les courbes sur du papier millimétré et de compter les carreaux pour faire des intégrales!.

Une fois que l’on a une idée de la fidélité de notre rugosimétre on peut se lancer dans des séries d’expériences.

Quelques idées :

soit un abrasif formé de grains de diamètre maxi D comment évolue la rugosité en fonction du temps d’abrasion, on partira par exemple d’une plaquette de verre neuve et on la mesure après 5 passages de papier  abrasif .10 , 20 etc on fait attention de prendre du papier neuf à chaque fois et de nettoyer parfaitement avant chaque mesure . Il est préférable de garder la même direction de ponçage a chaque expérience.

La prochaine fois ? et bien à la demande générale on essaiera de voir ce que surface et frottement put nous donner ( de maniére trés trés simple bien sur c’est la régle du jeu )

Et, c’est tout pour aujourd’hui.

Revenons à notre rugosimétre, la deuxiéme voie de l’oscillo n’est pas utilisée, un petit photo transistor et une led qui eclaire des secteurs noirs et blanc sur le bord du plateau nous permettent d’obtenir un signal de position angulaire du plateau. On peut maintenant connaitre la vitesse du plateau, et donc transformer la courbe obtenue et courbe en fonction de l’espace.

Attention, à la différence entre les capteurs piézo et les capteurs éléctrodynamiques. Les piézo sont sensibles comme leur nom l’indique aux forces , et les éléctrodynamique aux vitesses . ( e= – dPhi / dt ) . Ce qui ne nous donne pas des altitudes . On remarquera que ces signaux se décomposent en serie de Fourrier et que rien en ressemble plus à l’allure d’une sinusoide que sa dérivée à des petits détails de phase pré bien sur .

Il nous maintenant des échantillons à mesurer. Du papier abrasif fin à carrosserie ( papier à l’eau grain 200 environ faites des essais ) attaquera le verre . O pourra mesurer dans le sens des stries ou perpendiculairement.

Après on peut envisager diverses manipulation par exemple le poncage du verre pour le mettre en forme. Avec un chiffon un bon abrasif et un peu de temps on peut ( en ajoutant de la méthode ) fabriquer un miroir de téléscope .

Mais, c ‘est tout pour aujourd’hui.

Comment améliorer notre système ?

C’est tout pour aujourdhui!

Un petit mot sur le matériel utilisable pour faire ses manip. On se place dans le cas du Tipe coin de table . On peut trouver dans le labo de physique le matériel classique de mesure , balance , oscillo, générateurs, quelques capteurs et du matériel général de TP. Dans le labo de chimie, le matériel de mesure et de manipulation classique . dans le labo de SI pas grand chose d’intéressant, les systèmes instrumentés sont très fermés, et à vrai dire ce qui se passe de dans n’est pas toujours très clair, le traitement d’information est presque toujours numérique même si il a parfois l’allure d’être analogique. ce n’est pas bien simple de récupérer des capteurs ( et très mal vu )  pour sa manip perso. De toute manière c’est en général assez vieillot. Les ressources informatiques peuvent être plus intéressantes. Si, il y a une pt alors là on peut trouver des machines outils, du matériel de mesure  et de la matière ça va nettement mieux . On peut aussi essayer de voir quels trésors les poubelles renferment. Le matériel informatique est plein de petits éléments intéressants : moteurs , capteurs , composants, visseries, tôleries…. Un autre élément interssant les walkman et autres « électrophones » ( attention certains commencent à les collectionner vérifier sur ebay la valeur de votre trouvaille avant de décortiquer un Teppaz qui a vu les premiers 45 tours de Johnny ( pour les plus jeunes je précise c’est le pépé copain de Sarkho et qui chante)). Ils renferment un joyeau le diamant de lecture et son capteur piézo on va voir comment en faire un appareil de mesure des surfaces.

C’est tout pour aujourd’hui

On peut faire une différence entre une surface qui nous importe par la chimie, et une autre par la géométrie. Voir la jonction des deux. Exemple le charbon de bois chaque gramme a une surface énorme ce qui conduit à multiplier l’activité chimique, d’où son usage comme désodorisant etc. Idem pour les gouttes d’essence dans un moteur après injection la géométrie n ‘est pas très intéressante le rapport volume surface est plus important . Dans une pâte abrasive genre Miror c’est le rapport nombre d’arêtes vives sur volume qui nous semble plus important. Il faudrait détailler cette idée bien sur . De l’autre coté on trouve la surface d’une sculpture , l ‘action chimique est moins importante ( sauf la réaction aux crottes de pigeons …) . pour un bateau la forme et les propriétés physico chimiques importent.

Une idée , l’action des abrasifs libres sur les surfaces. On peut trouver dans le commerce des suspensions d’abrasifs dans un liquide, ( diamant , céramique, carbures, alumine,…) . Idee comment mesurer et trier les grains d’abrasifs? et les utiliser pour polir une surface de référence. C’est assez facile à faire comme manip, mais que peut on tirer d’intéressant et de général? .

Questions comment faire des échantillons de départ identiques? comment comparer les résultats ?

On en reparlera la prochaine fois c’est tout pour aujourd’hui!

Donc, en un mot:

- un sujet qui vous intéresse,

- des sources de documentation dans le domaine publique.

- une manipulation expérience facile à faire chez soi.

Pour, la documentation oublier tout de suite les sujets sur les thémes trop récents, trop pointus, trop particuliers, trop brevetés. Dés, qu’il y a l’ombre d’un élément confidentiel, les portes se ferment définitivement , sauf bien sur dans les cas des Tipe-à-Papa. Les assurances données par le jury sur la destruction des éléments de présentation partent d’un bon sentiment mais ne pésent pas grand chose devant les craintes de copies chinoises. Aucun labo, ni aucune entreprise ne veulent courir de risques inutiles.  Mais, ce n’est pas grave il existe des quantités de sujets utilisant des connaissances du domaine publique.

Un exemple  de sujet : les pates alimentaires.

Le point de départ : une publicité . les pates machin sont fabriquées avec une filiére en bronze , ce qui donne une surface moins lisse que les filiéres en inox, ce qui donne un gout spécial aprés cuisson.

Documentation. Du fabricantt rien à attendre au mieux du baratin de publicité , mais certainement pas grand chose sur le processus et en plus c’est en Italie.

Par contre il est peut etre possible de trouver un test comparatif de dégustation sur un site de consomateur . Mais , cela mélange le process et la composition de la pate.

Conclusion , il  faut tout faire soi meme dans la cusine. Problémes : mesurer la surface de la nouille , quantifier les différences de cuisson? de gout? . Ce n’est pas simple du tout La seule chose imaginable est de pser la nouille avant apres cuisson pour comparer les quantités d’eau prise par la cuisson , pas trés simple et demande un balance de précision au minimum.

Action Il faut tout de suite préciser le mode de pesé sinon c’est une idée à abandonner.

Une autre question comment financer les manips? ce sera pour une autre fois. C’est tout pour aujourd’hui.