Intégraphe

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Nico71
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Messagepar Nico71 » Sam Jan 22, 2011 10:23 pm

Et après pas mal d'étude de schéma et grâce à Fraisse, j'ai construit mon premier integraphe. Le but d'un integraphe est de tracer la courbe intégrale d'une courbe définie que l'on parcoure avec un pointeur. Par exemple la courbe intégral de la droite Y=x et Y=1/2x² (parabole) à une constante prés.

Voici comment de présente le système :

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Basé sur un integraphe Coraldi :

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Il se compose de :
-le châssis, en gris avec les roues
-la première règle, avec le pointeur "tan". Celle ci se déplace de droite à gauche et soutient un rail
-la deuxième règle, en jaune aussi mais en liaison glissière avec la première règle (repérez les triangles)
-sur deuxième règle, il y a le premier chariot en rouge connecté au petit bras du parallélogramme.
-le dernier chariot se trouve sur la poutre du fond et peut se déplacer de droite à gauche, le petit bras du parallélogramme suit l'autre petit bras (normal queuwa). Sur ce petit bras, il y a une roue connectée qui tourne si le bras tourne. Sur le chariot il y a le stylo qui trace l’intégrale, celui ci suit juste le chariot, si celui si se déplace, le stylo aussi.

Le point d'entrée : le pointeur
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Lorsqu'on déplace le pointeur de gauche à droite, l'orientation du petit bras (et donc de la petite roue) est modifiée.

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La conséquence sur la petite roue (notée la brique-poids) :

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Mais à quoi cela sert t'il donc ! Ben c'est assez simple, la petite roue est lestée, de sorte qu'elle soit toujours en contact avec la feuille. Si celle ci est orientée dans le sens de la marche, le chariot secondaire ne bouge pas. si celle si est orientée différemment, celle ci tend à déplacer le chariot, comme une roue de moto qu'on tourne, le chariot suit et se déplace. Voici deux photos présentant l'avance de l'integraphe avec une orientation donnée de la roue (et donc un position donnée du pointeur).

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La roue suivant une ligne théoriquement parfaite, le bâti étant fixe, le chariot se déplace. C'est ça la clé de l'integraphe, la roue agit comme une tangente à la courbe, et comme la pente de la tangente à la courbe est la dérivé, on retrouve notre intégral de l'autre coté.

Enfin le stylo est monté sur le chariot et trace selon la position du chariot.

Voici quelque photo pendant un tracé (sans le stylo, l'ancien tracé venait d'être tracé) :
(pensez toujours que la direction de la roue détermine la tangente à la courbe, c'est beaucoup plus simple à comprendre en voyant que la roue suit la courbe qu'elle trace).

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Le résultat le voici :

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On voit bien la courbe final de type parabole x². Celle ci est inversée et pas à la bonne échelle (l’homothétie n'est pas parfaite). Je dois donc modifier les longueurs de bras, les centres pivots des glissières qui modifient l'échelle x et y pour essayer d'avoir une représentation 1:1.

En tout cas, cette machine est un vrai bijou, c'est une machine vraiment intéressante et qui bluffe quiconque la voit en fonctionnement (et qui connait les maths ^^). Merci Fraisse pour tout tes infos.

Je vais faire une vidéo qui montrera le principe en stop motion parce que le tracé est compliqué, faut être deux pour tenir le pointeur et maintenir le châssis droit (je vais le monter sur glissière crémaillère).

:)

Teuk
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Messagepar Teuk » Sam Jan 22, 2011 11:03 pm

J'ai vaguement compris le fonctionnement (et c'est un compliment :D )!
J'avoue que les explications de Fraisse m'avaient laissées perplexe, et je te félicite d'avoir réussi a en refaire un, et pour ton explication claire du mécanisme (expliquer simplement quelque chose de complique n'est pas facile)

Bon courage pour calibrer maintenant :D

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arachnid
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Messagepar arachnid » Dim Jan 23, 2011 12:14 am

Vraiment ingénieux !
C'est certain qu'une vidéo permettrait de voir comment ça fonctionne.
Est-ce un système réversible ?

fraisse
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Messagepar fraisse » Dim Jan 23, 2011 2:37 pm

Félicitation pour a machine . Beaucoup plus belle que la mienne .Pour ma démo , J'avais relié le chariot avant par un fil à un tambour monté sur l'axe de la roue avant . Ton pointeur décrit alors une droite de pente égale au rapport des diamètres roue/ tambour. C'est plus facile pour tracer une parabole .J'avais essayé 1/x en suivant à la main et j'ai sorti ln(x) à peu prés .On ne voit pas sur tes photos où est le pivot du bras .La distance pivot rail avant est une constante qui ne peut pas être nulle(ça voudrait dire que le pivot est sur le rail).Il te faut en tenir compte pour l'axe des ordonnées.

En tout cas , bravo . Je suis contant de t'avoir amusé un moment .

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Nico71
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Messagepar Nico71 » Dim Jan 23, 2011 3:46 pm

Le pivot du bras est situé au centre de la poutre du fond, le rapport de la longueur et du pivot glissant du parallélogramme détermine l'échelle. J'ai essayé de régler mais il faudrait que je fasse un système plus gros pour avoir plus de marge. Le rapport d'échelle est de 1:2 sur la courbe intégrale (grossissement des axes donc aplatissement de la courbe).

J'ai réussi à tracer la courbe intégrale d'un cercle, en deux partie donc en revenant, c'est un peu moins précis du fait de la position du stylo en avant de la roue mais ça rend bien.

Le système est réversible mais est assez dur à faire fonctionner, on doit suivre la pente avec la roue toujours tangente à la courbe, une toute petite variation de l'orientation de la roue déplace de quelques centimètres le stylo pointeur du coup il faut être très précis. J'ai tracé le premier graphe à deux, je poussais le chariot et mon frère suivait la courbe, ça évite les oscillations du système.

Je prépare la vidéo et poste ça plus tard :)

fraisse
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Messagepar fraisse » Dim Jan 23, 2011 7:16 pm

Ton chariot avant glisse sur le rail avant et sur la poutre jaune que l'on voit vers l'arrière? Et le bras vient récupérer la dérivée là dessus?

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Messagepar Nico71 » Dim Jan 23, 2011 11:04 pm

Exactement ! la poutre du fond jaune supporte juste la liaison glissière du rail à l'avant.

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Messagepar Gyrocompa » Lun Jan 24, 2011 1:26 am

Bravo Nico, c'est splendide ! ça tue tout ce truc :mslugshoot: !!!

Dommage que je n'aie pas trop le temps de comprendre comment ça marche car c'est tout à fait trippant !

Je me suis servi une fois d'un planimètre polaire pendant mes études (en TP de mécaflu) et j'ai trouvé ça génial. Mais l'intégraphe je ne savais pas que ça existait.

J'espère que tu vas le laisser monté jusqu'à cet été, et qu'on pourra le voir en vrai :loveyes: . Et si jamais tu le démontes, pourrais-tu (je t'en conjure :gourou: ) faire une notice photo.

Pour terminer, un site illustrant le principe d'un planimètre à cône, un chouia hors sujet mais les animations sont tellement belles que j'espère que vous me pardonnerez:

http://images.math.cnrs.fr/Un-planimetre-a-cone.html

Sinon je pense que ce genre de topic a plus sa place dans la rubrique "de la théorie à la pratique". Qu'en pensez-vous ?

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Messagepar Mäth » Lun Jan 24, 2011 5:36 am

J'ai pas compris grand chose, mais basiquement parlant, est-ce que je peux comprendre que en même temps qu'une courbe est tracée à gauche, sa courbe intégrale (sans la constante, vu que sa dérivée serait zéro anyway) est tracée à droite ? Si oui, quel coup de génie. J'vais aller m'informer, j'ai toujours adoré le calcul différentiel et intégral :) J'ai appris jusqu'aux intégrales triples, ça fait un bail cependant, j'ai fini précocement en 2006 :) Ah, souvenirs, souvenirs :)

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Messagepar Nico71 » Lun Jan 24, 2011 9:52 am

C'est exactement ça, la courbe intégral est tracée à mesure qu'on parcours la courbe à intégrée (y=x ici). Après il faut reparamétrer la courbe si on veut lire les valeurs.

Déjà j'ai trouvé la position du stylet pour que l'origine soit toujours centrée sur la feuille. L'axe des abscisses doit être parallèle au bras principale pour commencer (petit bras du parallélogramme perpendiculaire à l'axe des abscisses). La position de la tête d'inscription (le chariot avec la roulette et le stylo) ne fait varier que la position de l'axe des abscisses de la courbes intégrales. Le mieux je pense pour avoir un bon graphe de sortie et de monter tout l'ensemble sur une table, pas avec des roues, comme ça la feuille est toujours bien centrée par rapport au châssis et le châssis ne peux dériver.

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Messagepar Mäth » Lun Jan 24, 2011 10:15 am

Est-ce que tu peux aussi obtenir la courbe de la dérivée d'une fonction en suivant celle-ci ? En gros, est-ce que la machine est bidirectionnelle ?

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Messagepar fraisse » Lun Jan 24, 2011 11:05 am

Pour faire le tour de ces instruments anciens , il ne reste plus qu'a monter un planimètre à disque . J'en avait fait un il y a longtemps .La seule difficulté est d'avoir un disque d'une vingtaine de cm de diamètre de plastique un peu épais(découpé à l'époque dans un présentoir de crème de beauté merci Vichy) .Le fonctionnement est beaucoup plus simple à comprendre que les subtilités de l'intégrapheur .Si vous avez besoin de cadrans gradués , la rubrique outils du logiciel Shadow (logiciel de cadrans solaire )fournit de magnifiques rapporteurs.
En conclusion de ces constructions , on peut dire que les lego sont un formidable jouet , mais quand même notre plus belle brique lego c'est nôtre cervelle

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Messagepar Nico71 » Lun Jan 24, 2011 1:47 pm

Mäth a écrit:Est-ce que tu peux aussi obtenir la courbe de la dérivée d'une fonction en suivant celle-ci ? En gros, est-ce que la machine est bidirectionnelle ?


Oui il est réversible, je le dis plus haut, mais c'est plus sensible et il y a plus d'erreur. Un système différent pour faire que les dérivés serait mieux je pense. A voir !

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Messagepar fraisse » Mar Jan 25, 2011 1:22 pm

En fait , ce que fait l'integraphe est identique à la résolution numérique par une calculette programmable d'une équation différentielle par la méthode d'Euler: on est toujours sur l'enveloppe .

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Messagepar Nico71 » Mar Jan 25, 2011 9:21 pm

Et voila la vidéo :



J'espère que c’est assez clair, c'est ciblé anglais mais avec mon post on comprend :)


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