Un fil à plomb de longueur l et de masse m est attaché à la périphérie d’un disque de rayon R qui tourne dans le plan horizontal autour de son axe avec la vitesse angulaire ω. Le fil à plomb fait avec la verticale un angle θ. Il faut déterminer la relation entre θ et les autre paramètres.
Dans le référentiel tournant, le pendule est à l’équilibre, donc +
+
e =
, où
e est la force
d’inertie d’entraînement provenant de l’accélération d’entraînement (le référentiel n’est pas galiléen !).
On en déduit :
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Si on considère l sin θ comme négligeable devant R, alors on obteint la solution d’ordre 0 :
![]() | (4) |
Si on cherche une solution plus précise, deux possibilités sont à explorer : la recherche de racine d’un polynôme, et le développement limité.
On pose t = tan , ce qui permet d’écrire sin θ =
et tan θ =
. Par conséquent,
l’équation (3) peut s’écrire sous la forme
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soit après simplification
![]() | (6) |
Il suffit alors de chercher une racine comprise entre 0 et 1 de l’équation (6) pour en déduire la valeur correcte de θ (en effet, θ variant de 0 à π∕2, t varie de 0 à 1). L’écart δθracine = θ -θ0 est représenté sur la figure 1.
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On part du développement à l’ordre 1 de tan θ, en écrivant θ = θ0 + δθ :
![]() | (7) |
Or, d’après l’équation (3),
![]() | (8) |
(où l’on a également utilisé le développement à l’ordre 1 de sin θ). On en déduit donc
![]() | (9) |
L’utilisation de cette méthode n’est envisageable que si δθ reste faible, et donc si l est petit devant R. L’erreur commise sur le calcul de δθ est représentée sur la figure 2.