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Outil mécanique · oscillateurs et horlogerie

Simulateur de pendules : du pendule simple à l'horloge

Quatre oscillateurs simulés en temps réel par intégration numérique (Runge-Kutta d'ordre 4) : le pendule simple aux grands angles, amorti ou forcé ; le pendule double et son comportement chaotique ; deux pendules couplés qui s'échangent leur énergie ; et une horloge à balancier, avec son échappement à ancre, ses rouages et le calcul de son avance ou de son retard. Un dernier onglet compare les méthodes numériques : Euler, Heun, Verlet, Runge-Kutta, Simpson, pivot de Gauss.

Exemples

Glisser la masse pour changer l'angle de départ.

pendule réelapproximation petits angles

Portrait de phase : vitesse angulaire selon l'angle

énergie potentielleénergie cinétiquetotal

Période selon l'amplitude (exacte, et formule des petits angles)

Résonance : amplitude du régime permanent selon la pulsation du forçage

Méthode : les équations du mouvement sont intégrées avec la méthode de Runge-Kutta d'ordre 4, à pas fixe et petit (1 ms pour le pendule double). Sans frottement, l'énergie totale doit rester constante : sa dérive affichée mesure l'erreur numérique. La période aux grands angles est comparée à la valeur exacte, 4·√(L/g)·K(sin(θ₀/2)), où K est l'intégrale elliptique complète de première espèce.

Modèles : masses ponctuelles, tiges rigides sans masse, frottement visqueux proportionnel à la vitesse. Pour l'horloge, l'échappement rend à chaque alternance l'énergie perdue (l'amplitude reste constante), et la marche est calculée pour une horloge réglée à 20 °C au lieu de réglage. Les coefficients de dilatation sont des valeurs usuelles.