1.

Présentation

pendule, solide suspendu à un point fixe ou à un axe et oscillant sous l’effet de la gravité.

2.

Principe et applications

Le principe du pendule fut découvert par le physicien et astronome italien Galilée. Il établit que la période d’une oscillation complète (un va-et-vient) d’un pendule d’une longueur donnée est constante, quelle que soit l’amplitude de son mouvement. Ce n’est plus vrai pour les grandes amplitudes. Galilée pensa aux applications possibles de ce phénomène, l’isochronisme, pour la mesure du temps. Par ailleurs, la période d’un pendule dépend de sa situation géographique, puisque la gravité varie en fonction de la latitude et de l’altitude du lieu. Ainsi, au sommet d’une montagne, la période des oscillations est supérieure à celle que l’on observe au niveau de la mer. Le pendule peut donc être utilisé pour déterminer l’accélération locale de la pesanteur.

Les horloges oscillent trop vite en hiver et trop lentement en été. En effet, à température élevée, les balanciers métalliques se dilatent. La longueur du balancier n’est donc plus constante. Pour éviter ces irrégularités, on utilise des pendules à compensation. Le pendule à mercure et le pendule à grille en sont des exemples. Le premier est muni d’un cylindre de verre contenant du mercure. Lorsque le pendule s’allonge sous l’effet de la chaleur, l’élévation du niveau de mercure dans le cylindre compense l’augmentation de la longueur du balancier. Le pendule à grille se compose d’une série de barres métalliques verticales constituées de matériaux différents, en général en acier ou en cuivre. Leurs coefficients de dilatation sont donc différents. Si les longueurs relatives de ces barres sont soigneusement ajustées, les variations de température n’ont pas d’effet sur la mesure du temps par le pendule.

3.

Types de pendules

1.

Pendules simple et conique

Le pendule simple est un point matériel qui oscille à une distance fixe d’un point. En pratique, un tel pendule est obtenu en attachant un solide de faible dimension à un point fixe par l’intermédiaire d’un fil inélastique. La période d’un tel pendule — c’est-à-dire le temps mis par le pendule pour effectuer un aller et retour — est

Le pendule simple, utilisé pour la mesure du temps dans les horloges, par exemple, se révèle précis, si la longueur réelle du balancier est constante. Le pendule conique, en revanche, adopte un mouvement beaucoup plus complexe, non situé dans le plan vertical qui contient le point de fixation.

2.

Pendule élastique

Le pendule élastique est un solide attaché à un ressort dont on peut négliger la masse devant celle du solide. Il a un mouvement sinusoïdal de période

3.

Pendule de Foucault

Le pendule de Foucault doit son nom au physicien français Léon Foucault, qui l’utilisa en 1851 pour mettre en évidence la rotation de la Terre. À l’origine, ce pendule était constitué d’une masse de 28 kg suspendue à un fil de 67 m de long. Foucault attacha ce pendule à la coupole du Panthéon. Au cours du temps, la direction des balancements s’écartait de celle du support du pendule, qui suivait la rotation de la Terre (11°/h à Paris). La vitesse de rotation du pendule décroît avec la latitude : à l’équateur, le pendule ne tourne pas ; au pôle Nord, il effectue un tour en 24 heures.

4.

Pendule de torsion

Le pendule de torsion se compose d’un solide pesant suspendu à un fil et décrivant des mouvements oscillatoires de rotation autour de l’axe vertical du fil. Ces mouvements sont dus à la torsion du fil. Bien qu’il ne soit pas au sens strict un pendule, puisqu’il ne dépend pas de la gravité, les formules mathématiques qui décrivent son mouvement sont similaires à celles qui s’appliquent au pendule simple.

5.

Pendule magnétique

Un pendule magnétique est un barreau aimanté suspendu à un fil de torsion, qui oscille dans un plan horizontal sous l’effet du champ magnétique terrestre ou d’un autre champ magnétique, en général uniforme. Lorsque les amplitudes d’oscillation sont faibles, le pendule effectue des mouvements sinusoïdaux dont la période dépend du moment d’inertie de la barre par rapport à l’axe, de la composante horizontale du champ magnétique et du moment magnétique de l’aimant.

Voir aussi Horloges et montres ; Oscillation ; Torsion.