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Niveau énigmes
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Le tour des écrous

Posté par
dpi
03-07-21 à 08:51

Bonjour à tous ,

Un petit exercice  issu d'un cas pratique:

Deux écrous hexagonaux de coté 1 cm  sont placés sur deux boulons
distants de 3 cm.
On doit les ceinturer par un lien souple et non élastique de longueur suffisante et de  diamètre nul.
On constate que dans deux cas opposés cette longueur est la même.
On décide donc que l'on figera cette longueur : laquelle ? (1)
Pourtant en vissant  les écrous ,ce lien  saute:
Quelle périmètre maximum  peut-on atteindre ? (2)

Le tour des écrous

Posté par
Imod
re : Le tour des écrous 03-07-21 à 12:22

Salut Dpi

Je n'ai pas fait de calcul ( mais bon 12 pour la première question ) . Il me semble qu'on atteint le maximum quand l'un des écrous est dans la position 1 et l'autre dans la position 2 .

Imod

PS : Le tour d'écrou , une jolie nouvelle qui donne le frisson .

Posté par
mathafou Moderateur
re : Le tour des écrous 03-07-21 à 12:38

Bonjour
d'accord avec Dpi edit : lmod

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Posté par
mathafou Moderateur
re : Le tour des écrous 03-07-21 à 12:43

Complément : figure

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Posté par
dpi
re : Le tour des écrous 03-07-21 à 14:26

>Imod
C'est une bonne intuition donc il se passe quelque chose entre
0 et  /6.

>mathafou

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Posté par
mathafou Moderateur
re : Le tour des écrous 03-07-21 à 14:55

je n'ai pas fait de calcul de la fonction à deux variables (les deux angles de rotation indépendants)
j'ai juste joué avec Geogebra (et la commande comme j'ai dit) pour "régler" le maximum par approximations successives avec un angle puis l'autre et encore encore...

cela reste donc à démontrer, que le maximum n'est pas un tout petit peu à côté de ce qu'on observe.
(et une fois "observé", sa valeur exacte pour cette conjecture   se calcule comme au collège par Pythagore)

mais maximum de fonction pas sympa à deux variables, multiplicateurs de Lagrange etc beurk, pas envie.

Posté par
mathafou Moderateur
re : Le tour des écrous 03-07-21 à 15:33

sans calculs mais affichage de courbes par Geogebra

 Cliquez pour afficher

Posté par
dpi
re : Le tour des écrous 03-07-21 à 17:31

Ce qui est amusant c'est qu'un cas simple fait déboucher sur
un problème assez complexe

Trouver P en fonction  de

P longueur du périmètre (on garde les données)
angle entre un écrou fixe et l'autre en rotation

Posté par
mathafou Moderateur
re : Le tour des écrous 03-07-21 à 18:12

l'angle entre les deux écrous ne suffit pas
c'est une fonction à deux variables (indépendantes) P(, )
et pas seulement P() avec = -

on peut en fixer une en paramètre et alors on obtient une famille de fonctions/courbes
que l'on pourrait représenter par une surface en 3D
ou un fouillis sur la même image de plusieurs "coupes" de cette surface
(ce que j'ai fait dans ma dernière image en n'en mettant que deux )

Posté par
mathafou Moderateur
re : Le tour des écrous 03-07-21 à 18:31

et une image de ces coupes de P(, ) en fonction de
avec comme paramètre variant de 5° en 5° de 0 à 30°
(les mêmes courbes par symétrie pour de 30 à 60°)
la couleur de la courbe est fonction de

Le tour des écrous

Posté par
Imod
re : Le tour des écrous 03-07-21 à 19:08

En pointillés car je suis occupé ailleurs , le problème est à une seule variable car pour des raisons de symétrie le maximum est toujours obtenu pour le même décalage d'angle ( c'est ce que l'on voit sur le dessin de Mathafou ) .

Imod  

Posté par
mathafou Moderateur
re : Le tour des écrous 03-07-21 à 19:48

???
moi je ne vois pas ça du tout.
ce que je vois c'est que pour toutes les valeurs de beta, le maximum de P(alpha) pour ce beta là est toujours pour alpha = 0 ou alpha = 30°

et même que pour une certaine valeur de beta , le maximum est pour alpha = 0 et alpha = 30° :
pour beta = 21° environ, on a les deux maximas de P(alpha) à peu près égaux :

Le tour des écrous


en conséquence le maximum est pour une différence d'angle 30° - beta ou 0° - beta qui dépend de beta (!!)
et pas du tout une différence angulaire constante

par contre, oui on peut fixer beta à 0 ou à 30°
en échangeant les deux écrous, si le maximum est toujours pour alpha = 0 ou 30 on choisit cette valeur pour fixer beta)
et même toujours avec cet échange des deux écrous fixer beta = 0°

et il n'y a plus qu'une seule courbe P(alpha, 0 ) dont le maximum est pour alpha = 30° sera le maximum (absolu) de la fonction à deux variables P(alpha, beta)

Posté par
dpi
re : Le tour des écrous 04-07-21 à 07:30

Bon dimanche,
On ne blanque plus.

On sait que le périmètre ne varie que dans la fourchette 12  12.00512...en fonction du seul angle de rotation de 0 à /6

On  a bien sûr des symétries qui dispensent les autres angles.

Voici le tableau :

Le tour des écrous

Posté par
dpi
re : Le tour des écrous 04-07-21 à 08:01

L'étude* de mathafou est basée sur la rotation de chacun des écrous.
J'avais demandé d'étudier le cas d'un écrou mobile avec un écrou fixe.
De toute façon on reste dans las valeurs bleues...

* par ailleurs excellente...

Posté par
mathafou Moderateur
re : Le tour des écrous 04-07-21 à 09:39

Pourtant en vissant les écrous

Posté par
GBZM
re : Le tour des écrous 04-07-21 à 18:35

Bonsoir,

Il me semble que quand on fait tourner un écrou, la courroie entraîne l'autre écrou et le fait tourner du même angle. Non ?

Posté par
dpi
re : Le tour des écrous 04-07-21 à 18:40


J'avais bien vu le piège c'est pour cela que j'ai précisé  (3/07 17h31) un fixe et un en rotation...
Mais en observant ce qui se passe avec deux rotations et en utilisant
les données du tableur, on peut calculer P:
Par exemple +8 ° et +20° me donne  12.000736088..*


*ce n'est pas une interpolation mais un recalcul  pénible.

Posté par
Imod
re : Le tour des écrous 04-07-21 à 19:40

C'est vrai que c'est amusant de jouer avec un tableur

On peut aussi se poser d'autres questions sans calculer .

Et si la distance entre les deux centres était de 2cm ou autre ?

Et si le boulon était carré ou triangulaire ?

Imod

Posté par
mathafou Moderateur
re : Le tour des écrous 04-07-21 à 22:18

Citation :
Et si la distance entre les deux centres était de 2cm ou autre ?

Et si le boulon était carré ou triangulaire ?
dans mon Geogebra j'avais déja prévu le coup :
j'ai un curseur pour le nombre de faces du boulon et le centre est déplaçabls
(cercles circonscrits de rayon 1 et pas côté du boulon = 1, mais c'est juste une question d'échelle)

la conclusion est quasiment la même pour un nombre de côté pair :
la même valeur avec alpha = beta = 0° que avec alpha = beta = 180°/n
le maximum pour un écrou avec sa diagonale verticale (beta = 0°) et l'autre décalé de 180°/n (alpha = 30° pour n = 6, alpha = 45° pour n = 4 etc)

Le tour des écrous

et à adapter pour un nombre de côtés impair :

Le tour des écrous

mais

Le tour des écrous

et il n'y a que une seule position, à symétrie près, du minimum :
celle "opposée" au maximum :
pour n = 3, les triangles symétriques l'un de l'autre
pour n = 5 , les pentagones d'orientations identiques.

et pour n = 7 comme pour n = 3 (min symétriques et max de même orientation)
et pour n = 9 comme pour n = 5 (min de même orientation et max symétriques)

Posté par
dpi
re : Le tour des écrous 05-07-21 à 07:49

Merci de votre participation.
Le plus surprenant c'est le faible écart entre le maxi et le mini
de ces ceinturages.

Posté par
Imod
re : Le tour des écrous 05-07-21 à 12:50

Ce n'est pas si étrange que ça , le cas extrême est atteint quand la partie utile de l'écrou n'est qu'un segment .

Imod

Posté par
dpi
re : Le tour des écrous 06-07-21 à 07:56

On peut facilement en conclure:

Le périmètre unissant deux polygones  réguliers*identiques en rotation varie
en fonction inverse du nombre de leurs  sommets.

*avec 0 pour le disque....



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