Différences entre les pages « Moteur à air chaud » et « Rouleau magique »

 
 
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|Licences=Attribution (CC-BY)
 
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|Description=Fabrication d'un moteur stirling
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|Description=C'est un cylindre fermé à ses deux extrémités, en apparence très simple....
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|Disciplines scientifiques=Physics
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|Difficulty=Expert
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Mais si on le repousse du pied,  il revient toujours vers vous !
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|Duration=20
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|Disciplines scientifiques=Social Sciences
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}}
 
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{{Introduction
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|Introduction=Il s'agit d'expérimenter sur une maquette de moteur à air chaud et à combustion externe. La source de chaleur se trouve en effet à l'extérieur du moteur, contrairement à un moteur à explosion classique à combustion interne.
 
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Ce moteur a été inventé par un écossais, le pasteur STIRLING au début du 19ème siècle.
 
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Il a donné lieu à quelques applications principalement dans les sous-marins (silence de fonctionnement car pas d'explosions).
 
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Ce type de moteur à air chaud a passionné beaucoup d'amateurs de maquettes et de nombreuses réalisations ont été proposées. Il existe des sites entièrement consacrés au moteur STIRLING.
 
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La description détaillée du montage se trouve dans le document:
 
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https://www.wikidebrouillard.org/images/c/c6/Cuisson_solaire_d_un_poulet_avec_un_r_flecteur_cylindro-parabolique_MOTEUR_STIRLING.pdf
 
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|Step_Title=Présentation du moteur
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|Step_Title=Qu'y-a-t-il à l'intérieur ?
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|Step_Content=Cette version très pédagogique de maquette a été inventée par D. Lyonnet. Elle porte le nom de ASAP (As Simple As Possible). Je l'ai réalisée avec quelques petites variations par rapport au plan initial (ajout d'un échangeur froid et de biellettes réalisées avec des dominos). Elle fonctionne à merveille !
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|Step_Content=Pas d'électronique et pas de piles !... mais un bon vieil accumulateur d'énergie mécanique...
  
  
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En voici les différentes parties:
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Cet accumulateur d'énergie se réduit à un simple élastique de bonne section, comme on peut le voir après démontage des deux flasques qui ferment le tube aux extrémités.
  
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- Un cylindre fermé avec deux parties, chaude en bas et froide en haut.
 
  
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- Un déplaceur à l'intérieur de ce cylindre. Ce déplaceur sert à déplacer l'air entre la partie froide et la partie chaude. Le diamètre du déplaceur est inférieur à celui du cylindre pour permettre à l'air de passser entre partie chaude et partie froide.
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Un coup d’œil à l'intérieur du cylindre nous montre les 3 arrêts aux deux extrémités qui empêchent les flasques de rentrer à l'intérieur, maintenant l'élastique tendu.
  
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- Un tuyau qui transmet les variations de pression de l'air du cylindre vers un piston moteur
 
  
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- Un piston moteur constitué par une membrane qui se rétracte et se contracte alternativement au gré des variations de pression transmises par le tuyau.
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L'élastique est accroché aux deux flasques à l'aide de crochets ouverts qui permettent le décrochage de l'élastique.
  
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- Un système bielle manivelle qui transmet les mouvements du piston au déplaceur et qui fait tourner un axe sur lequel se trouve un volant d'inertie pour régulariser la rotation.
 
  
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- Une source de chaleur (bougie chauffe plat)
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Mais... si le système se réduisait à celà, aucun espoir de voir le cylindre revenir vers nous.... Il manquerait en effet un élément essentiel: le balourd constitué par une tige métallique maintenue à une petite distance de l'élastique par un support en bois...
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{{Tuto Step
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|Step_Title=Comment ça marche ?
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|Step_Content=Pour comprendre, voyons ce qui se passe quand le rouleau est au bout de sa course et lorsqu'il s'apprête à revenir vers nous.
  
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- Une source de froid (l'air de la pièce)
 
  
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On constate que l'élastique est bien enroulé sur lui-même sous l'effet de la rotation du rouleau mais aussi sous l'effet du couple exercé par le balourd en son centre. D'ailleurs on peut voir que le balourd exerce bien un couple sur l'élastique en observant son inclinaison par rapport à la verticale.
  
  
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Si le balourd peut exercer un couple sur l'élastique, c'est parce qu'il est lié en rotation à l'élastique, en son centre, grâce aux petites cales réalisant un coincement.
  
  
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Cette énergie élastique de torsion est ensuite restituée lors du retour du rouleau.
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|Step_Picture_00=Moteur_air_chaud_page3.jpg
 
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{{Tuto Step
 
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|Step_Title=Fonctionnement du moteur
 
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|Step_Content=Afin d'expliquer le fonctionnement de ce moteurj'ai considéré l'état du déplaceur et du piston à 4 moments dans le cycle qui se répète à l'infini.... tant que la flamme de la bougie réchauffe l'extrémité basse du cylindre et que l'air de la pièce reste suffisamment froid...
 
  
  
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Ces deux sources, chaude et froide, sont absolument nécessaires pour produite de l'énergie mécanique ! C'est la différence de température entre ces deux sources qui est à l'origine de cette énergie mécanique.
 
  
  
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On peut d'ailleurs accélérer la rotation du moteur, soit en chauffant plus fort la partie chaude, soit en refroidissant plus fort la partie froide, à l'aide d'un glaçon par exemple...
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Une autre version de cette expérience peut être réalisée plus facilement avec une boîte de conserve:  http://phymain.unisciel.fr/la-boite-magique-une-boite-de-conserve-qui-roule-toute-seule/
  
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On notera cependant que la réalisation avec tube PVC est beaucoup plus robuste et peut être considérée comme un véritable jouet utilisable par un enfant...
  
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Et puis si on veut une illustration concrète du fonctionnement du moteur, surtout ne pas se priver de démonter le système bielle-manivelle qui lie le piston au déplaceur et de manœuvrer le déplaceur à la main...
 
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|Step_Picture_00=Moteur_air_chaud_page4.jpg
 
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{{Tuto Step
 
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|Step_Title=Une suite possible
 
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|Step_Content=Je trouve tout à fait fascinant de voir tourner ce petit moteur réalisé avec si peu de moyens. Avec de tels moyens il aurait été impossible de réaliser un moteur à combustion interne ou moteur à explosion, comme celui de nos voitures !  [https://www.youtube.com/watch?v=cFWO2UTvAus (  https://www.youtube.com/watch?v=cFWO2UTvAus])
 
  
 +
Cette expérience est également en relation avec  celle décrite à http://phymain.unisciel.fr/la-boite-qui-remonte-les-pentes/
  
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Notre gentil petit moteur à air chaud fonctionne d'ailleurs tellement bien que l'on doit pouvoir l'utiliser pour quelques expériences de physique, en toute sécurité. Par exemple on pourrait imaginer un système qui permettrait de mesurer sa puissance...qui est faible...  
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|Step_Picture_00=Rouleau_magique_IMG_20191124_094346.jpg
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|Step_Picture_01=Rouleau_magique_IMG_20191124_094420.jpg
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C'est peut-être un chalenge....  mais ce pourrait être un excellent sujet de TPE pour un élève de terminale. !
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|Step_Picture_02=Rouleau_magique_IMG_20191124_100231.jpg
 
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{{Notes}}
 
{{Notes}}

Version du 26 novembre 2019 à 20:33

C'est un cylindre fermé à ses deux extrémités, en apparence très simple.... Mais si on le repousse du pied, il revient toujours vers vous !

Auteur avatarOccitan | Dernière modification 3/12/2019 par Occitan

Rouleau magique IMG 20191123 173317.jpg
Difficulté
Technique
Durée
4 heure(s)
Disciplines scientifiques
Sciences sociales
C'est un cylindre fermé à ses deux extrémités, en apparence très simple.... Mais si on le repousse du pied, il revient toujours vers vous !
Difficulté
Technique
Durée
4 heure(s)
Disciplines scientifiques
Sciences sociales
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Licence : Attribution (CC-BY)

Video d'introduction

Étape 1 - Qu'y-a-t-il à l'intérieur ?

Pas d'électronique et pas de piles !... mais un bon vieil accumulateur d'énergie mécanique...


Cet accumulateur d'énergie se réduit à un simple élastique de bonne section, comme on peut le voir après démontage des deux flasques qui ferment le tube aux extrémités.


Un coup d’œil à l'intérieur du cylindre nous montre les 3 arrêts aux deux extrémités qui empêchent les flasques de rentrer à l'intérieur, maintenant l'élastique tendu.


L'élastique est accroché aux deux flasques à l'aide de crochets ouverts qui permettent le décrochage de l'élastique.


Mais... si le système se réduisait à celà, aucun espoir de voir le cylindre revenir vers nous.... Il manquerait en effet un élément essentiel: le balourd constitué par une tige métallique maintenue à une petite distance de l'élastique par un support en bois...

Rouleau magique IMG 20191123 181714.jpg
Rouleau magique IMG 20191123 181203.jpg
Rouleau magique IMG 20191123 181408.jpg


Étape 2 - Comment ça marche ?

Pour comprendre, voyons ce qui se passe quand le rouleau est au bout de sa course et lorsqu'il s'apprête à revenir vers nous.


On constate que l'élastique est bien enroulé sur lui-même sous l'effet de la rotation du rouleau mais aussi sous l'effet du couple exercé par le balourd en son centre. D'ailleurs on peut voir que le balourd exerce bien un couple sur l'élastique en observant son inclinaison par rapport à la verticale.


Si le balourd peut exercer un couple sur l'élastique, c'est parce qu'il est lié en rotation à l'élastique, en son centre, grâce aux petites cales réalisant un coincement.


Cette énergie élastique de torsion est ensuite restituée lors du retour du rouleau.



Une autre version de cette expérience peut être réalisée plus facilement avec une boîte de conserve: http://phymain.unisciel.fr/la-boite-magique-une-boite-de-conserve-qui-roule-toute-seule/

On notera cependant que la réalisation avec tube PVC est beaucoup plus robuste et peut être considérée comme un véritable jouet utilisable par un enfant...


Cette expérience est également en relation avec celle décrite à http://phymain.unisciel.fr/la-boite-qui-remonte-les-pentes/


Rouleau magique IMG 20191124 094346.jpg
Rouleau magique IMG 20191124 094420.jpg
Rouleau magique IMG 20191124 100231.jpg



Dernière modification 3/12/2019 par user:Occitan.

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