Oscillations couplées de pinces à linge

On peut fabriquer des oscillateurs couplés avec deux pinces à linge et un élastique.

Fiche d’accompagnement de l’expérience:
 

Matériel
  • 2 pinces à linge identiques

  • un élastique large, par exemple un joint en caoutchouc pour bocaux de conserve

  • 2 tiges de laboratoire

Montage et réalisation

Attacher un élastique à deux supports de laboratoire et écartons-les pour que l’élastique soit tendu.

Accrocher sur l’élastique deux pinces à linge écartées de quelques cm.

Faire tourner la première pince dans un plan vertical ce qui a pour effet de tordre l’élastique.

Une fois lâchée, cette pince se met à osciller.

La deuxième pince qui n’a pas été touchée se met alors à osciller avec une amplitude croissante tandis que l’amplitude des oscillations de la première diminue.

L’amplitude des oscillations de la deuxième pince passe par un maximum lorsque la première pince s’immobilise.

Ensuite le phénomène s’inverse.

Ce mouvement se répète plusieurs fois avec des amplitudes maximales de plus en plus faibles jusqu’à ce que les pinces à linge finissent par s’immobiliser.

Explications

L’élastique constitue un couplage entre les deux pinces à linge.

L’élastique subit une torsion lorsqu’on déplace la première pince de sa position d’équilibre.

Cette torsion provoque un léger déplacement de la deuxième pince qui l’amène à osciller.

Lorsque l’amplitude des oscillations de la première pince s’annule, l’énergie mécanique a été intégralement transférée à la deuxième pince.

Le transfert de l’énergie d’une pince à l’autre est d’autant plus rapide que la distance qui les sépare est courte, c’est-à-dire leur couplage important.

Remarques

La courbe qui représente les variations de l’amplitude des vibrations d’une des pinces au cours du temps a l’allure caractéristique d’un phénomène de battements.

On observe des battements lorsqu’il y a superposition de deux vibrations de fréquences proches.

Dans l’expérience que nous décrivons ces deux fréquences proches sont les fréquences propres d’oscillation des deux pinces couplées. Dans l’un des modes propres les deux pinces oscillent en phase ; l’élastique qui les relie ne subit alors pas de torsion.

Dans le deuxième mode propre l’élastique subit une torsion importante car les pinces à linges oscillent en opposition de phase.

 

Références

Université du Maine : oscillateurs couplés

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