Rattleback - Rattleback

Un retour en action

Un hochet est un sommet semi-ellipsoïdal qui tournera sur son axe dans une direction préférée. S'il est tourné dans la direction opposée, il devient instable, "choc" jusqu'à l'arrêt et inverse sa rotation dans la direction préférée.

Cette inversion de spin semble violer la loi de la conservation du moment cinétique . De plus, pour la plupart des crécelles, le mouvement se produira lorsque la crémaillère est tournée dans un sens, mais pas lorsqu'elle est tournée dans l'autre. Certains hochets exceptionnels s'inverseront lorsqu'ils sont tournés dans les deux sens. Cela fait du crécelle une curiosité physique qui a excité l'imagination humaine depuis la préhistoire.

Un hochet peut également être connu sous le nom d'"anagyre", " celte (rebelle) ", "pierre celtique", "pierre druidique", "roche à sonnette", "Robinson Reverser", "barre de rotation", "pierre oscillante" (ou " wobblestone") et par des noms de produits tels que "ARK", "Bizzaro Swirl", "Space Pet" et "Space Toy".

Histoire

Grand crécelle fabriqué à partir de différentes densités de bois

Les archéologues qui ont enquêté sur d'anciens sites celtiques et égyptiens au 19ème siècle ont trouvé des Celtes qui présentaient le mouvement d'inversion de rotation. Le antiquarian mot Celte (le « c » est doux, prononcé comme « s ») décrit lithiques des outils et des armes en forme comme une herminette , hache , ciseau , ou houe .

Les premières descriptions modernes de ces celtes ont été publiées dans les années 1890 lorsque Gilbert Walker a écrit son "On a Curious dynamical property of Celts" pour les Actes de la Cambridge Philosophical Society à Cambridge, en Angleterre, et "On a dynamical top" pour le Quarterly Journal. de mathématiques pures et appliquées à Somerville, Massachusetts, États-Unis.

Des examens supplémentaires des crécelles ont été publiés en 1909 et 1918, et dans les années 1950 et 1970, plusieurs autres examens ont été effectués. Mais, la fascination populaire pour les objets s'est notablement accrue depuis les années 1980 où pas moins de 28 examens ont été publiés.

Taille et matériaux

Crécelle en bois sculpté

Les artefacts Rattleback sont généralement en pierre et sont disponibles en différentes tailles. Les jouets modernes vendus comme des puzzles et des jouets de fantaisie sont généralement en plastique, en bois ou en verre et sont disponibles dans des tailles allant de quelques pouces à 12 pouces de long. Un crécelle peut également être réalisé en pliant une cuillère. Des crécelles plus grandes (jusqu'à 8 pieds de long et 16 pouces de large) sont réalisées sur demande par Emmanuel Peluchon pour les musées des sciences.

Deux types de conception de crécelle existent. Ils ont soit une base asymétrique avec un axe de roulement asymétrique, soit une base symétrique avec une pondération décalée aux extrémités.

La physique

Mouvements de roulis et de tangage

Le mouvement d'inversion de rotation résulte de la croissance des instabilités sur les autres axes de rotation, que sont le roulis (sur l'axe principal) et le tangage (sur l'axe transversal).

Rattleback réalisé avec une cuillère présentant de multiples inversions de rotation.

Lorsqu'il existe une asymétrie dans la répartition des masses par rapport au plan formé par le tangage et les axes verticaux, il se produit un couplage de ces deux instabilités ; on peut imaginer comment l'asymétrie de masse va dévier le cliquetis lors du tangage, ce qui va créer du roulis.

Le mode amplifié sera différent selon le sens de rotation, ce qui explique le comportement asymétrique du crécelle. Selon que c'est plutôt une instabilité de tangage ou de roulis qui domine, le taux de croissance sera très élevé ou assez faible.

Cela explique pourquoi, en raison de la friction, la plupart des crécelles semblent présenter un mouvement d'inversion de rotation uniquement lorsqu'elles sont tournées dans la direction de tangage instable, également connue sous le nom de direction d'inversion forte. Lorsque le crépitement est tourné dans la "direction stable", également connue sous le nom de direction d'inversion faible, le frottement et l'amortissement ralentissent souvent le crémaillère jusqu'à l'arrêt avant que l'instabilité de roulement n'ait le temps de se développer complètement. Certains crécelles, cependant, présentent un "comportement instable" lorsqu'elles sont tournées dans les deux sens et subissent plusieurs inversions de rotation successives par rotation.

D'autres façons d'ajouter du mouvement à un hochet incluent le tapotement en appuyant momentanément sur l'une de ses extrémités et le basculement en appuyant plusieurs fois sur l'une de ses extrémités.

Pour une analyse complète du mouvement du rattleback, voir V.Ph. Zhuravlev et DM Klimov (2008). Les articles précédents étaient basés sur des hypothèses simplifiées et limités à l'étude de l'instabilité locale de son oscillation en régime permanent.

La modélisation mathématique réaliste d'un crécelle est présentée par G. Kudra et J. Awrejcewicz (2015). Ils se sont concentrés sur la modélisation des forces de contact et ont testé différentes versions de modèles de frottement et de résistance au roulement, obtenant un bon accord avec les résultats expérimentaux.

Des simulations numériques prédisent qu'un crécelle situé sur une base oscillante harmoniquement peut présenter une dynamique de bifurcation riche, y compris différents types de mouvements périodiques, quasi-périodiques et chaotiques.

Voir également

Les références

Liens externes