Vous désirez offrir un cadeau à un ami ou à une personne chère à vous. Mais vous hésitez encore sur quoi offrir. Eh bien, finis vos doutes ! L’article ci-après vous présente un objet authentique de décoration : le pendule de Newton. Ce cadeau séduira sans nul doute le cœur de votre proche, surtout s’il est un antiquaire.
À la découverte du pendule de Newton
Le pendule ou balancier de Newton se compose de cinq billes métalliques de même masse suspendues par deux fils à deux barres rigides. Ces cinq billes se touchent au repos et sont situées au milieu des deux barres. L’objet est fondé sur le principe des actions réciproques. Pour la petite histoire, John Wallis, Christopher Wren et Christiaan Huygens présentèrent à la Royal Society, en 1662, des mémoires décrivant les principes à l’œuvre dans ce pendule. René Descartes avait, avant eux, eu l’idée de la conservation du moment cinétique. Mais sa solution du problème n’était pas intégrale. C’est donc Newton qui aura les mérites de la découverte des lois qui animent le fonctionnement du pendule. Et il se verra donc attribué la paternité de ce pendule.
Comment fonctionne le pendule de Newton?
Le fonctionnement du pendule de Newton repose à la fois sur deux principes. Il s’agit de la conservation de l’énergie cinétique et de la conservation de la quantité de mouvement. L’interprétation est ici plus facile en considérant un pendule avec uniquement deux billes. Dans cette analyse, les principes de conservation évoqués conduisent à un système de deux équations. Et les caractéristiques du pendule, avant et après la collision des billes, sont reliées. Les données de départ sur les billes sont : vitesse initiale nulle de l’une d’entre elles et égalité de leur masse. Alors, la résolution du système permet de trouver la vitesse respective des deux billes après leur collision.
On constate alors que l’effet du choc a simplement occasionné l’échange de la vitesse des deux billes. Si on lance une bille d’un côté sur plusieurs autres initialement immobiles, cette bille s’arrête après le choc. Or, la bille située à l’autre extrémité se soulève en récupérant la vitesse de la bille initialement lancée. Au cas où on lance deux billes, les deux billes de l’extrémité opposée se soulèvent. Et pour cause, elles sont percutées par deux impacts éloignés temporairement de peu de temps.
Par ailleurs, au cas où on lance 3 billes ou plus, les lois de conservation de la quantité de mouvement et de l’énergie cinétique ne sont plus suffisantes. Admettons qu’il y ait 5 billes. Les conditions initiales connues, on a besoin de 5 équations pour déterminer les 5 vitesses finales. Effectivement, pour mieux traduire le comportement de la chaîne comportant plus de 2 billes, il faut tenir compte d’une propriété particulière du dispositif. On considère la «chaîne» comme un système composé de masses et de ressorts (comme on le fait pour traiter les oscillations d’un réseau cristallin). Dans ce système se propage une onde. Ce n’est que si cette propagation se déroule sans dispersion, qu’il résulte le comportement observé avec les billes.
Le pendule de Newton sert d’élément de décoration dans un bureau. Ce balancier est un accessoire qui serait utile pour décompresser durant une longue journée de travail. C’est un objet qui amuse avec ses billes en fonction continue.