Horloges, pendules, expériences sur les balanciers et la mesure du temps -   1er juillet 2006

 

1/ Construction d'une horloge à poids à partir d'un kit de montage, par Estelle, Samantha et Thibaut.

 

Horloge ancienne avec foliot, verge et roue de rencontre.

 

Il s'agit d'un kit " Antika Uhrenbausatz " produit en Allemagne de l'Est (RDA) dans les années 1970-80. Voici le détail de la boîte achetée sur eBay:

  

La roue motrice par laquelle passe la corde des poids:	La "roue de rencontre" avec les 17 picots du mécanisme d'échappement:
" Nous avons enfoncé les pivots des roues dentées dans leur axe. Une fois cette étape finie, nous avons placé le montant avant sur les entretoises inférieure et supérieure. Puis on a fixé le cadran de l'horloge sur l'ensemble de la construction..."
Le fil de suspension de la verge:	Ensuite on a accroché les régules sur le foliot de la verge puis nous avons suspendu le contre-poids et le poids moteur. Pour cela on a passé la corde dans la gorge de la poulie motrice qui fait partie de la roue à rochet.
L'horloge terminée, nous l'avons accrochée sur le mur, elle allait un peu trop vite alors nous avons déplacé les régules vers l'extérieur pour que le rythme ralentisse." Juliette, Estelle et Clémentine, Thibault et Samantha
Le superbe cadran réalisé avec le logiciel Galva :
Voir le plan de l'horloge et les détails techniques en bas de page

 

 

2/ Expériences sur l'oscillation d'un pendule (3 résumés d'une même expérience)

 

Pour régler l'horloge afin qu'elle n'avance pas trop, Estelle, Samantha et Thibault ont déplacé les régules (les deux boules noires) vers l'extérieur pour ralentir le rythme du balancier. Mais comment peut-on régler la vitesse d'une pendule dont le balancier est vertical ? (pendule pesant)

C'est l'objet des expériences suivantes:

 

L'expérience de la pendule (Margaux et Maxime P.)

On suppose que plus le poids du balancier est lourd plus il va vite, et moins le poids est lourd moins il va vite. On voudrait savoir si cette supposition est bonne, donc Maxime et moi allons faire l'expérience avec les outils du bord : une règle avec un trou, quelques stylos, un porte-mines. Le porte-mines servira de pivot, à l'extrémité de la règle il y aura des stylos que l'on enlèvera ou rajoutera pour voir si cela va plus vite ou moins vite.

 

 

Constat après essais: Notre supposition est fausse parce que, que ce soit lourd ou léger c'est la même oscillation.

On doit faire une nouvelle hypothèse.

On suppose maintenant que plus poids est haut plus ça va vite, moins il est haut, moins ça va vite.
Pour faire cette expérience nous nous servons d'une bande à trous Meccano et de deux poids. Justine a vissé un des deux poids sur la bande à trous.

Nous avons remarqué qu'en 30 s la bande à trous et le poids faisaient 28 oscillations, au même rythme. Puis Justine a mis le deuxième poids : en 30 s la pendule a fait 28 osillations.

Nous avons ensuite mis les deux poids plus haut, on a compté cette fois 36 osillations en 30 s.

 

 

Le résumé de Carine:
"On suppose que pour faire osciller le balancier plus ou moins vite, il faut enlever ou ajouter du poids.

Pour vérifier, nous avons mis les balanciers (les règles plus ou moins chargées) sur le même axe et les avons fait osciller en même temps.

En faisant cela, nous avons remarqué que le balancier le plus chargé oscillait aussi vite que l'autre mais plus longtemps.
Comme ils oscillaient à la même vitesse nous avons essayé de mettre le poids vers le milieu de la tige et nous avons mesuré le nombre d'oscillations qui entraient dans trente seconde. Il en entrait 36 alors qu'avec le poids au bout il n'en entrait que 28.     Carine

  

 

Résumé de Louis

Nous supposons que dans un pendule, plus on met de poids au bout de l'axe, plus les oscillations vont être rapides.
Pour vérifier si notre hypothèse est juste, on a construit un mécanisme avec une bande à trous et des stylos. Nous avons suspendu la bande à trous à un porte-mines et installé trois stylos. Le rythme était assez régulier, et quand nous avons essayé avec deux stylos, il était toujours dans la même cadence.
Nous en concluons que notre hypothèse est fausse et que, quel que soit le poids, le rythme sera toujours le même.
Nous avons une deuxième hypothèse : nous pensons que plus la bande à trous est longue, plus ça va lentement. Donc normalement, ce n'est pas un problème de poids.
Pour cela, nous avons attaché deux bandes à trous entre elles, et on a compté le nombre d'oscillations en trente secondes. Il y en avait moins que quand il n'y avait qu'une bande à trous.
Cette deuxième hypothèse est donc juste. Plus le pendule est long, moins il va vite.
Louis

 

Schéma de Thibaut:

 

 

Kévin

 

     

 

 

 

Schémas de Thomas (l'équerre sert de butée pour que les oscillations soient de même amplitude)

 

Longueur du pendule	Masse du pendule	Nombre d'oscillations en 30 secondes
305 mm (1 bande à 25 trous)	1 disque (60 g)	28
305 mm	2 disques ( 120 g)	28
153 mm	1 disque	37
153 mm	2 disques	37
580 mm (2 bandes de 25 trous)	1 disque	16

 

Le réglage du métronome mécanique est basé sur le même principe que le pendule. On règle sa cadence en déplaçant la masselotte sur la tige du balancier. Plus elle est proche de l'axe, plus le mouvement est rapide.

 

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La mesure du temps

1. Quelques expressions en rapport avec le temps.

Temps: "le temps qui passe - le temps s'écoule -la fuite du temps - le temps qui court - trouver le temps long - mettre un temps infini - le temps presse - gagner du temps - perdre son temps - Le temps, c' est de l'argent ! - prendre son temps - arriver à temps - partir à temps - mettre un certain temps - de temps en temps - de temps à autre - Il était temps! - avoir fait son temps -

Seconde ou minute: arriver à la seconde près - ne pas avoir une seconde à soi - Il n'y a pas une seconde à perdre ! - Avez-vous une seconde à m'accorder? - Minute papillon! (Attends un peu!) - la minute de vérité - Je reviens dans une minute. - ne pas être à la minute près -
arriver à la dernière minute - d' une minute à l'autre.

Heure: Remettre les pendules à l'heure. - à la bonne heure ! (= tant mieux !) - Mon heure à sonné - l'heure de gloire - chercher midi à quatorze heures - passer un mauvais quart d'heure.

Mots de la famille de temps: le temps, la temporisation, temporiser, temporel, temporaire, temporairement, contemporain.

2. Les instruments de mesure.

A travers l'histoire, de nombreux instruments de mesure du temps ont été inventés:
- les cadrans solaires, basés sur la rotation de la terre,
- les sabliers et les clepsydres, basés sur l'écoulement d'un fluide,
- les bougies et les bagettes d'encens, qui brûlent à vitesse constante,
- les horloges mécaniques, dont le pendule ou le balancier oscillent, découpant le temps en parties égales (le battement),
- les horloges électriques, dont le mouvement est produit et entretenu par les oscillations du courant du secteur(50Hz), elles possédent un moteur synchrone,
- les horloges électroniques, qui utilisent l'oscillation régulière d'un quartz ou d'un circuit intégré; leur affichage peut être à aiguilles, à chiffres lumineux, ou à cristaux liquides.

3. Les principes de base et les unités de mesure (en attente)

4. Construction de la pendule éducative CEJI (Compagnie du Jouet) Voir : l'horloge à construire Céji   -   

5. Remise en état d'une horloge comtoise : la pendule ancienne

 

COMMENT FONCTIONNE UNE MONTRE

"Pour qu'une montre fonctionne, il faut la remonter comme une petite auto mécanique.
Le ressort c'est le moteur. Quand il se détend, il fait, avec force, tourner les roues dentées à engrenages et avancer les aiguilles comme le moteur fait tourner les roues de l'auto.

Si l'on ne freinait pas la détente du ressort, les aiguilles tourneraient très vite et la force du moteur partirait d'un coup, comme lorsque l'on saisit, sans freiner les roues, une petite auto que l'on vient de remonter.

Pour que les aiguilles n'avancent ni trop vite, ni trop lentement, toujours à la même vitesse, il faut freiner la détente du ressort à petits coups réguliers. C'est le balancier de la montre qui cale et qui relâche, tic, tac, tic, tac... un peu comme lorsqu'avec le pouce on freine puis on relâche, tic, tac, tic, tac... le ressort de la petite auto."

Texte et schéma tirés de l'ouvrage "Petite histoire du temps et de la montre" Exa Besançon, 1970.

Texte saisi par Louis et Benjamin

 

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Documents annexes: détails, schémas et nom des pièces de l'horloge à monter

 

Les roues dentées de l'horloge (Mesures et description: Louis)

Quand l'horloge est placée verticalement, nous voyons la grande roue motrice de 56 dents et 88 mm de diamètre. Elle est placée en bas et entraîne un pignon de 7 dents et de 13 mm de diamètre qui lui-même est monté sur un axe avec encore une grande roue dentée de 48 dents et 75 mm de diamètre. Cette grande roue s'engrène avec un pignon de 6 dents et de 12 mm de diamètre attaché à une tige. La tige a une "roue de rencontre" de 17 picots et de 57 mm de diamètre.

Sur l'axe de la roue motrice, vers l'avant du cadran, un pignon de 4 dents et de 9 mm de diamètre fait marcher une grande roue dentée de 49 dents et de 82 mm de diamètre. L'aiguille d'indication des heures est fixée à cette grande roue, qui la fait tourner.

Louis

 

 

Etapes du montage selon le plan:

 

 

Schéma et nom des pièces : paliers, foliot, verge, roues, pivots, roue à rochet, cliquet, roue de rencontre, régule, cadran, aiguille, poids moteur et contrepoids,

Cliquer pour charger le schéma au grand format (250 ko)

 

 

 

Mécanisme d'une horloge en kit Celda (My first clock).

 

Rentrée 2006-2007: construction d'une pendule en kit Céji

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Montre ancienne à balancier

   

 

Cadran d'horloge réalisé en classe avec le logiciel Galva:

 

Horloge hydraulique à balancier (Ile de la réunion. Photo Juliette)

La pendule ancienne (horloge comtoise)

En savoir plus sur les horloges: théories et schémas avec un article de l'ENSAM de Lyon

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