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COMMENT REGLER UN PENDULE DE FOUCAULT ?

Il va quasiment s’agir ici de résoudre équation à 6 inconnues : Le niveau de la bobine, le centrage de la bobine, le niveau de la suspension, le centrage de la fixation du fil, l’anisotropie du fil de suspension et le centrage de l’anneau de Charron. Changez seulement un seul de ces paramètres, et le pendule ne fera qu’osciller sans tourner. Cette méthode est donc un guide logique pour arriver à ce que le pendule fonctionne. Mais gardons toujours en tête qu’un pendule de Foucault qui fonctionne tient presque du miracle. Le réglage d’un pendule demande du temps et pas mal de sens logique. Notez chaque fois toutes les modifications que vous faites. Ne comptez jamais sur la chance ou le hasard, car ils vous feront perdre beaucoup de temps et ne vous apprendront rien. Un pendule, ça s’apprivoise. Notez surtout la position du plan d’oscillation plutôt que l’heure, car elle peut nous apprendre beaucoup plus.

METHOD FOR ADJUSTING A FOUCAULT PENDULUM?

It will almost be a question of solving an equation with 6 unknown factors: The level of the drive coil, centering of the drive coil, the level of the suspension, the centering of the attachment of the suspension wire, anisotropy of the suspension wire and the centering of the Charron ring. Change only one of these parameters and the pendulum will do nothing but oscillate in one plane without turning. This method is thus a logical guide to arrive so that the pendulum functions correctly. But always keep in mind that a Foucault pendulum that works is nearly a miracle. The adjustment of a clock pendulum takes time and good of logical sense. Note each time all the modifications that you make. Never count on chance or luck, because they will make you lose much time and you will learn nothing. A pendulum can be tamed down. Note especially the position of the plane of oscillation more than with respect to the hour, because it can teach us much more.

1) Temps nécessaire pour les réglages

Il dépend beaucoup de la latitude où se trouve le pendule. Un pendule situé à Singapour a besoin de 1070 heures pour faire une révolution complète : le temps d’attente chaque fois que vous effectuez un réglage quelconque… A la latitude de Paris, il lui faut 30 heures pour faire un tour complet. Vous pouvez diviser ce temps par deux car le pendule va repasser par le même chemin après 15 heures. Pour les réglages grossiers, attendez une heure avant de voir les résultats. Pour les réglages finaux, attendez 15 heures. Comptez donc un minimum de deux semaines sous la latitude de Paris.

1) Time necessary for the adjustments

It depends much on the latitude where the pendulum is. A pendulum located in Singapore needs 1070 hours to make a complete revolution: the wait time each time you carry out an unspecified adjustment...So the time for the settings under the latitude of Singapore can reach 6 month. At the latitude of Paris, it takes 30 hours to make a full rotation. You can divide this time by two because the pendulum will pass by again by the same way after 15 hours. For the coarse adjustments, wait one hour before seeing the results. For the final adjustments, wait 15 hours. Thus count on two weeks minimum at the latitude of Paris.

 Premières opérations

1) Régler le niveau général du pendule (niveau à bulle)
2) Fixer solidement le pendule contre un mur. Il est très important que l’ensemble soit parfaitement stable.
3) Contrôler le niveau sur le fil à la hauteur de l’anneau de Charron. (pendule stabilisé, à l’aide d’un cône ou bien pendule dynamique à l’aide d’un oscilloscope.
4) Régler le niveau de l’électro-aimant avec le niveau à bulle.
5) Régler visuellement l’axe de la bobine par rapport à l’aimant.
6) Lancer délicatement la balancier

Si toutes ces opérations sont effectuées en ordre, le pendule ne devrait pas fonctionner. Vous avez aurez plus de chances de faire tenir un stylobille en équilibre sur sa pointe du premier coup…

 The first operations

1) Set the general level of the pendulum (spirit level)
2) Firmly fix the pendulum against a wall. It is very important that the unit is perfectly stable.
3) Adjust the level where the wire passes through the Charron ring. (stabilized pendulum, using a cone or dynamic clock pendulum using an oscilloscope)
4) Regulate the level of the electromagnet with the spirit level.
5) Visually align the axis of the drive coil compared to the magnet.
6) Launch the pendulum delicately

If all these operations are carried out in order, the pendulum should not function. You will be more likely to make a ballpoint pen balance on its point at the first attempt...

2) Réglages fins

1) Formalités pour régler électriquement axes et niveaux de la bobine
IMPORTANT : D’abord déconnecter la bobine du circuit oscillant.- Laisser stabiliser le pendule jusqu’à ce qu’il soit complètement immobile.- Envoyer quelques petites impulsions d’une seconde à l’aide d’une pile de 9 volts en respectant les polarités : le pendule doit être chassé par la bobine et non pas attiré.- Noter le sens de l’oscillation. - Laisser de nouveau se stabiliser le pendule. A ce point, nous ne savons toujours pas si ce mouvement provient d’un mauvais centrage de la bobine ou bien si elle n’est pas parfaitement de niveau, car ces deux erreurs provoquent les mêmes effets.- Noter l’emplacement, puis déplacer un peu la bobine dans le sens de la première oscillation.- Répéter l’opération aussi souvent que nécessaire jusqu’à ce que le pendule soit stable.-Maintenant tournez la suspension entière d’un demi-tour.-Alimentez de nouveau la bobine. Le pendule doit rester stable. Sinon, cela signifie que l’électro-aimant n’est pas de niveau, que l’axe du pendule n’est pas parfait ou que l’aimant n’a pas un champ magnétique constant sur sa surface. En refaisant les tests, vous parviendrez enfin a régler correctement axes et niveaux.Notez qu’un aimant tordu additionné à une bobine penchée peuvent faire croire que tout va bien car leurs effets s’annulent !
Relancez le balancier. Il ne fonctionne toujours pas ? rassurez-vous : c’est normal.

2) Precision adjustments

1) Electrical formalities to regulate axes and levels of the drive coil:

- IMPORTANT: Initially disconnect the drive coil from the oscillating circuit.
- Let the pendulum stabilize until it is completely motionless.
- Send some small one second impulses by using a 9 volt battery, respecting the polarity: the pendulum must be driven out by the drive coil and not attracted.
- Note the direction of the oscillation.
- Again let the pendulum stabilize. At this point, we still do not know if this movement comes from a bad centering of the drive coil or if it is not perfectly level, because these two errors cause the same effect.
- To adjust, move the drive coil a little in the direction of the first oscillation.
- Repeat the operation as often as necessary until the pendulum is stable.
- Now turn the whole suspension a half-turn.
- Feed the drive coil again. The pendulum must remain stable. If not, that means that the electromagnet is not level, that the axis of the pendulum is not perfect or that the magnet does not have a constant magnetic field on its surface. Remaking the tests, you will arrive finally has to regulate axes and levels correctly. Note how one twisted magnet added with a leaning drive coil can make believe that all is well because their effects are cancelled!
Start the pendulum again. It still does not function? Rest assured: it is normal.

3) Localiser le problème
Se trouve-t-il en haut (suspension), en bas (électro-aimant) ou dans le fil ? Pour le savoir, il suffit de légèrement modifier un des paramètres Il est préférable de commencer par le haut.

3) Localize the problem
Is it at the top (suspension), below (electromagnet) or in the wire?  To find out, it is enough to slightly modify one of the parameters. It is preferable to start with the top.

4) Symptômes et solutions
- Le balancier oscille toujours dans le plan où on l’a envoyé, quelqu’il soie.
C’est le pire cas de figure.

4) Symptoms and solutions
- The pendulum always oscillates in the plane where it was started, no matter wich one.
It is the worst case of figure.

- Le balancier part bien, fait une ellipse et s’arrête
Centrage et/ou niveaux grossiers de l’électro-aimant ou de la suspension. Revoyez toute la procédure n°1.

- The pendulum starts well, makes an ellipse and stops.
Centering and/or coarse levels of the electromagnet or the suspension.  Re-examine all of procedure n°1

- Le balancier fait une ellipse et part dans n’importe quel sens ?
C’est déjà mieux, mais il y a encore du chemin. Le problème se situe probablement en bas.

- Does the pendulum make an ellipse and turns in either direction?
It is already better, but there is still way to go. The problem is probably at the bottom of the pendulum.

- Le balancier stationne toujours dans la même position.
Il est probable qu’un des niveaux n’est pas juste. Pour le confirmer, tournez l’ensemble de la suspension dans un sens et attendez de voir si le sens du pendule suit le mouvement quelques heures plus tard. Si rien ne se passe, c’est que le problème se situe en bas. Tournez l’électro-aimant d’un quart de tour et constatez ce qui se passe. Par habitude, je tourne toujours la suspension d'environ 1/4 heure dans le sens des aiguilles des aiguilles d'une montre.

- The pendulum always remains in the same position.
It is probable that one of the levels is not right. To confirm it, turn the whole of the suspension in a direction and wait to see whether the direction of the pendulum follows the movement later in a few hours. If nothing occurs, the problem is at the bottom. Turn the electromagnet a quarter of turn and note what occurs.

- Le balancier part dans le bon sens, mais stationne au bout de quelques heures.
Les choses commencent enfin à devenir intéressantes. A partir de maintenant, il va falloir respecter un ordre pour trouver les causes du problème. Tout d’abord, si l’on ne veut pas trop perdre de temps, toutes les modifications doivent se faire dans le sens horaire pour l’hémisphère nord et dans le sens antihoraire pour l’hémisphère sud. Il faut toujours suivre le mouvement naturel. Car si vous allez contre lui, il faudra beaucoup plus de temps pour constater les effets de vos modifications.

- The pendulum starts in the good direction, but remains at the end of a few hours, always in the same plane of oscillation.
Things finally start to become interesting. From now, it will be necessary to respect an order to find the causes of the problem.  First of all, if one does not want to waste too much time, all the modifications must be done clockwise for the northern hemisphere and anticlockwise for the southern hemisphere.  The natural movement should be always followed, because if you go against it, it will take much more time to note the effects of your modifications.

Le problème se situe probablement en haut. Pour le savoir, tournez l’ensemble de la suspension d’un quart de tour après avoir marqué sa position. Le balancier devrait suivre le mouvement et se stabiliser quelques heures plus tard un quart de tour plus loin. Si c’est cela, c’est la preuve que le problème se situe en haut et non en bas. Marquez la nouvelle position et tournez la suspension un quart de tour plus loin.

The problem is probably at the top.  To find the problem, turn the whole of the suspension of a quarter of turn after having marked its position. The pendulum should follow the movement and be stabilized a few hours later a quarter of turn further. If it is that, it is the proof that the problem is at top and not at the bottom. Mark the new position and turn the suspension further a quarter of turn.

 Ici, il est possible que le pendule se mette à fonctionner correctement. Cela voudrait dire qu’il y a deux défauts différents dont les effets s’annulent .En effet, si le fil a une tension interne dans un sens et que la suspension n’est pas parfaitement de niveau, il se peut que l’on arrive à un état d’équilibre et que ces deux forces se neutralisent. Dans ce cas, les réglages effectués ne seront pas valables pour un autre fil.
Si le sens du pendule suit toujours la position de la suspension quelque elle soie, c’est que le (ou les) problème se situe en haut. Il peut provenir du niveau de la suspension, du fil, du centrage du fil ou de l’attache du fil. Pour savoir si c’est le fil, tournez-le d’un quart de tour en laissant la suspension fixe. Si le pendule suit le mouvement, c’est que le problème provient du fil ou de la fixation du fil. Il se peut que la fixation du fil soit un peu excentrée.
Pour savoir s’il s’agit d’un défaut de la suspension, tournez uniquement le guide-fil. Si le pendule suit le mouvement, nous connaissons le fautif. Dans ce cas, le dernier saphir est ébréché ou mal serti. Pour savoir s’il s’agit de l’attache du fil, tournez-là en gardant la suspension complète fixe. Si rien ne se passe, le problème se situe en bas. Il faut savoir qu’un électro-aimant dont le niveau est faux ne serait-ce que de 0.2 millimètres fera stationner le pendule. Le premier pendule que j’ai fabriqué ne pouvait fonctionner que si l’on glissait une petite feuille de papier sous la bobine à un endroit très précis. Ceci pour donner une idée de l’importance des niveaux.

Here, it is possible that the pendulum starts to function correctly. That would like to say that there are two different defects of which the effects are cancelled.  Indeed, if the wire has an internal tension in a direction and that the suspension is not perfectly  level, it may be that one arrives in a state of balance and that these two forces are neutralized. In this case, the adjustments carried out will not be valid for another wire.If the direction of the pendulum always follows the position of the suspension no matter wich one. It can come from the level of the suspension, the wire, the centering of the wire or the fastener of the wire. To know if it is the wire, turn it of a quarter of turn by leaving the fixed suspension. If the pendulum follows the movement, it is that the problem comes from the wire or the fixing of the wire. It may be that the fixing of the wire is offset a little.

To know if it acts of a defect of the suspension, turn only the cable guide. If the pendulum follows the movement, we know the faulty one. In this case, last sapphire is notched or badly crimped. To know if it acts of the fastener of the wire, turn-there while keeping the fixed complete suspension. If nothing occurs, the problem is in bottom. It should be known that an electromagnet whose level is false would be this only of 0.2 millimetres will make station the pendulum. The first pendulum that I manufactured could function only if one slipped a small paper sheet under the coil at a very precise place. This to give an idea of the importance of the levels.
 

- Le pendule tourne dans le bon sens, fait des tours complets sur lui-même, mais le fait en prenant plus de temps qu’il ne le devrait. Comme s'il s'attardait en chemin. C’est donc qu’il y a encore une petite erreur qui contriste l’effet dû à la rotation de la terre. A son approche, le pendule peine à tourner librement comme s’il «marchait contre le vent »
Un pendule qui agit ainsi est très sensible, et un rien pourra le faire fonctionner… ou stationner. Il faut donc peaufiner les réglages. Avec les habitudes prises les autres jours c’est devenu maintenant plus facile de détecter les troubles.

Vidéo d'un exemple de pendule s'attardant en chemin

The pendulum turns in the good direction, makes the full rotations on itself, but takes more time than it should.
Our pendulum finally start to become a real pendulum of Foucault but there is still a small error which contrist the effect due to rotation of the ground (Coriolis force). With its approach, it clock pains to turn freely as if it "walk against the wind". A pendulum which acts this way is very sensitive, and one nothing will be able to make it function... or station. The adjustments thus should be polished. With the practices taken the other days it became now easier to detect the disorders.

Video of a pendulum "walking against the wind"

Le pendule fonctionne bien, mais fait une petite ellipse dans une certaine position, toujours la même. Il peut même arriver que cette ellipse s’amplifie et que le pendule s’arrête.
L’axe de l’électro-aimant est quelque peu décalé. Il doit être déplacé perpendiculairement par rapport au plan d’oscillation du pendule. Ce défaut est sournois, car le problème n’est visible qu’une petite demi-heure sur une rotation complète. Et donc jamais à la même heure…

The pendulum functions well, but makes a small ellipse in a certain position, always the same. It can even happen that this ellipse develops and that the pendulum stops.
The axis of the electromagnet is somewhat shifted. It must be moved perpendicularly compared to the plane of oscillation of the pendulum. This defect is insidious, because the problem is visible during only a very small period in a complete rotation. And thus never at the same hour...


5) Le pendule fonctionne parfaitement.

Surtout ne touchez plus rien. C’est difficile d’arriver à faire le fonctionner correctement, mais curieusement peu de choses perturbent un pendule de Foucault une fois qu’il est bien réglé. Vous n’avez même plus besoin de craindre les courants d’air, les vibrations du sol, magnétismes ou autres phénomènes. Aucune précaution n’est requise pour le lancer du balancier : visez le centre, et c’est tout. Tous mes pendules fonctionnent sans problèmes dans un atelier ouvert avec courants d’air et gens qui passent.

Beaucoup de choses ont été écrites sur les perturbations affectant la bonne marche d’un pendule de Foucault. L’erreur la plus commune est de croire que les perturbations sont externes au pendule. On pense souvent que champ magnétique terrestre, par exemple, perturbe l’effet de Coriolis et qu’il faut éviter les métaux ferreux lors de la construction. Je le croyais aussi, jusqu’à ce que je fabrique un pendule dont le balancier était en fer et fonctionnait parfaitement. Ne cherchez jamais ailleurs si votre pendule ne fonctionne pas tout de suite : incriminez plutôt un des réglages. Et souvenez-vous toujours qu’un court pendule de Foucault qui fonctionne est une sorte de miracle.

5) - The pendulum functions perfectly.

Especially do not touch anything any more. It is difficult to manage to make it function correctly, but curiously few things disturb a Foucault pendulum once its going. You do not need to fear draughts, vibrations of the ground, magnetism or other phenomena. No precaution is necessary to launch the pendulum: aim at the center, and that’s all. All my pendulums function without problems in an open workshop with people and draughts who pass.

Many things have been written on the disturbances affecting the performance of Foucault pendulums. The most common error is to believe that the disturbances are external to the pendulum. It is often thought that terrestrial magnetic fields, for example, disturb the Coriolis effect and that it is necessary to avoid ferrous metals at the time of construction. I also believed it, until I manufactured a pendulum whose pendulum was made out of iron and it functioned perfectly. Never seek elsewhere if your pendulum does not function immediately: accuse one of the adjustments instead. And always remember that a short Foucault pendulum that functions is a kind of miracle. 


Pendule n°18