Améliorations
Pourquoi
ce mouvement n'est-il pas perpétuel ?
On utilise les principes de la thermodynamique pour
expliquer pourquoi le mouvement n'est pas perpétuel. Pendant leurs
balancements, les boules du pendule de Newton brassent des molécules d'air
et les chauffent. Ainsi, une partie de l'énergie cinétique du pendule est
dissipée sous forme de chaleur. Comme l'énergie totale est toujours
conservée (premier principe de la
thermodynamique), l'énergie cinétique du pendule doit par
conséquent diminuer. Cela explique pourquoi les boules perdent de
l'énergie, et donc que le pendule finit par s'arrêter.
En effet, l'énergie
cinétique correspond à l'énergie de mouvement que possède son
corps. Elle varie suivant la masse et la vitesse de l'objet. Plus la masse
ou la vitesse est grande, plus l'énergie cinétique l'est aussi. Elle
correspond au temps que le corps met pour passer de sa phase de repos à
son mouvement final.
En observant le pendule de Newton utilisé pour ce TPE,
nous en avons déduit que quelques améliorations pourraient permettre à ce
système un meilleur fonctionnement. Voici nos suggestions :
- Tout d'abord, nous avons remarqué que l'énergie
potentielle émise par le pendule est plus élevée avec une masse plus
importante. Nous en concluons qu'en changeant le matériau de chacune des
billes du pendule en un matériau plus lourd que celui utilisé, le
pendule aurait une meilleure énergie potentielle. En effet, la masse du
plomb, matériau utilisé dans le pendule de Newton, est de 11 350 kg/m3
alors que celle de l'or est de 19 300 kg/m3, et celle du
platine de 21 450 kg/m3. Il serait donc plus intéressant
d'utiliser de l'or ou du platine dans la conception du pendule de Newton
pour améliorer son énergie potentielle.
- Nous pouvons ajouter que la taille de la bille, son
diamètre influence également sur sa masse. En effet, celui de notre
pendule est de 1,5 cm. Il faudrait donc prendre des billes avec un
diamètre plus grand.
- Ensuite, plus la bille est lancée haut (le
plus haut étant à 90°), plus son énergie potentielle est
élevée. Donc si on augmente la longueur du fil, l'énergie potentielle
augmentera, et donc la durée du mouvement sera plus longue. Sur le
pendule de Newton choisi, les fils ont tous une longueur égale à 10 cm.
Pour un meilleure rendu, il faudrait donc avoir des fils de plus de 10
cm.
- De plus, d'après l'expérience éffectuée dans le
vide, nous avons observé que dans le vide, la durée du mouvement dit « perpétuel » du pendule était plus longue que
dans l'air, la force de frottement influant sur ce mouvement. Donc pour
un meilleur rendu, il faudrait placer le pendule dans le vide absolu.
- Enfin, voici un schéma d'une solution qui pourrait
limiter également la force de frottement, et ainsi augmenter la durée du
mouvement :
Ce système avec des
aimants permettrait d'éviter le contact entre le fil et la stucture, ce
qui éviterait un frottement qui est une perte d'énergie.
En conclusion, beaucoup de
facteurs sont à considérer pour améliorer le pendule de Newton et
permettre une meilleure durée du mouvement se rapprochant du mouvement
perpétuel. Ainsi en changeant, le matériau des billes, leurs dimensions,
la longueur du fil par laquelle elles sont soutenues, le système de
fixation des fils sur la structure ainsi que le milieu dans lequel elles
effectuent leur mouvement, une meilleure approche du mouvement « perpétuel
» serait peut-être possible.
