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Courbe brachistochrone et découpeuse laser
Description
Si la distance minimale entre deux point a et b dans l'espace réel (avec a plus haut que b) est une droite, il n'en va pas de même pour le temps minimal de parcours d'un point matériel de vitesse initial nulle entre ces deux points dans un champs gravifique continu. La courbe brachistochrone représente la courbe de la trajectoire optimale du point matériel, en un temps minimal, entre ces deux points. Cette courbe est en outre une cycloïde: Soit p un point sur un cercle. Si on fait tourner ce cercle le long d'une droite, le trajet parcouru par le point p est alors une cycloïde. Elle est aussi tautochrone: Soit n points matériels situés en des endroits différents, sur la courbe brachistochrone, entre a et b (b non-compris), le temps t pour arriver au point b sera égal pour les n points.
L'équation paramétrique de la courbe est de la forme suivante: x(t)=R(t-sin(t)) y(t)=R (1-cos(t))
Objectif
Le but est d'obtenir une physicalisation dynamique de l'intervalle de temps minimal pour parcourir la distance entre 2 points situés à des hauteurs différentes en comparant les intervalles de temps sur différentes trajectoires (droite, chute libre et brachistochrone). La découpeuse laser permet de créer des "rampes" aux courbes variées, en faisant dévaler des billes le long des rampes, on obtient une visualisation physique du temps de parcours et de l'intervalle minimal. La courbe brachistochrone est parfois contre-intuitive, les individus préférant souvent des solutions tel que la chute libre ou la droite pour des trajets les plus rapides. En outre, les propriétés tautochrone de la courbe sont faciles à démontrer et souvent perturbantes pour un jeune public.
