Goniomètre

Un goniomètre est un instrument qui mesure un angle ou permet de faire pivoter un objet jusqu'à une position angulaire précise. Le terme goniométrie dérive de deux mots grecs, γωνία (gōnía) « angle » et μέτρον (métron) « mesure ». Le rapporteur est un type d'instrument couramment utilisé dans les domaines de la mécanique, de l'ingénierie et de la géométrie.

La première description connue d'un goniomètre, basé sur l' astrolabe , fut celle de Gemma Frisius en 1538.

Un rapporteur est un instrument de mesure , généralement en plastique transparent, permettant de mesurer les angles . Certains rapporteurs sont de simples demi-disques ou des cercles complets. Les rapporteurs plus avancés, comme le rapporteur à biseau, possèdent un ou deux bras pivotants, qui peuvent être utilisés pour aider à mesurer l'angle.

La plupart des rapporteurs mesurent les angles en degrés (°). Les rapporteurs à échelle radian mesurent les angles en radians . La plupart des rapporteurs sont divisés en 180 parties égales. Certains rapporteurs de précision divisent en outre les degrés en minutes d'arc . Un rapporteur divisé en centitours est normalement appelé « rapporteur de pourcentage ».

Un rapporteur d'angle est un rapporteur circulaire gradué doté d'un bras pivotant ; utilisé pour mesurer ou marquer des angles. Parfois, des échelles Vernier sont fixées pour donner des lectures plus précises. Il a une large application dans le dessin architectural et mécanique, bien que son utilisation diminue avec la disponibilité des logiciels de dessin modernes ou de CAO .

Les rapporteurs d'angle universels sont également utilisés par les fabricants d'outils ; comme ils mesurent les angles par contact mécanique, ils sont classés comme rapporteurs mécaniques.

Le rapporteur d'angle est utilisé pour établir et tester des angles avec des tolérances très serrées. Il lit jusqu'à 5 minutes d'arc (5' ou ⁠1/12°) et peut mesurer des angles de 0° à 450 ° .

Le rapporteur d'angle est constitué d'une poutre, d'un cadran gradué et d'une lame qui est reliée à une plaque pivotante (avec échelle Vernier) par un écrou à oreilles et une pince. Lorsque les bords de la poutre et de la lame sont parallèles, une petite marque sur la plaque pivotante coïncide avec la ligne zéro sur le cadran gradué. Pour mesurer un angle entre la poutre et la lame de 90° ou moins, la lecture peut être obtenue directement à partir du numéro de graduation sur le cadran indiqué par la marque sur la plaque pivotante. Pour mesurer un angle supérieur à 90°, soustrayez le nombre de degrés indiqué sur le cadran de 180°, car le cadran est gradué à partir des marques zéro opposées jusqu'à 90° dans chaque sens.

Les cases, tant sur l'échelle principale que sur l'échelle Vernier, étant numérotées à droite et à gauche à partir de zéro, n'importe quel angle peut être mesuré. Les mesures peuvent être prises soit vers la droite, soit vers la gauche, selon la direction dans laquelle le zéro de l'échelle principale est déplacé.

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  Un rapporteur à 360° marqué en degrés.
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  Un rapporteur de 400 gon marqué en grades .
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  Un rapporteur double " Cras navigation plotter ", au premier plan, du nom de son inventeur Jean Cras .
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  Un rapporteur demi-cercle marqué en degrés (180°).
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  Geodreieck , un type spécial detriangle rapporteur(180°).
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  Rapporteur électronique
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  Échelle du rapporteur en degrés et en radians

Avant l'invention du théodolite , le goniomètre était utilisé en topographie . L'application de la triangulation à la géodésie a été décrite dans la deuxième édition (1533) du Cosmograficus liber de Petri Appiani sous la forme d'une annexe de 16 pages de Frisius intitulée Libellus de locorum describendorum ratione .

Le radiogoniomètre Bellini-Tosi était un type de radiogoniomètre largement utilisé de la Première à la Seconde Guerre mondiale . Il utilisait les signaux de deux antennes croisées, ou de quatre antennes individuelles simulant deux antennes croisées, pour recréer le signal radio dans une petite zone entre deux boucles de fil. L'opérateur pouvait ensuite mesurer l'angle par rapport à la source radio cible en effectuant la recherche de direction dans cette petite zone. L'avantage du système Bellini-Tosi est que les antennes ne bougent pas, ce qui permet de les construire à n'importe quelle taille requise.

La technique de base reste en usage, bien que l'équipement ait considérablement changé. Les goniomètres sont largement utilisés à des fins militaires et civiles, par exemple l'interception des communications par satellite et navales sur le navire de guerre français Dupuy de Lôme utilise plusieurs goniomètres.

En cristallographie , les goniomètres sont utilisés pour mesurer les angles entre les faces des cristaux. Ils sont également utilisés en diffraction des rayons X pour faire tourner les échantillons. Les recherches révolutionnaires du physicien Max von Laue et de ses collègues sur la structure atomique des cristaux en 1912 impliquaient un goniomètre.

Les goniophotomètres mesurent la distribution spatiale de la lumière visible à l'œil humain (souvent l'intensité lumineuse ) à des positions angulaires spécifiques, couvrant généralement tous les angles sphériques.

Un goniomètre est utilisé pour documenter l'amplitude initiale et ultérieure des mouvements, lors des visites pour blessures professionnelles et par les évaluateurs d'invalidité pour déterminer une invalidité permanente. Il permet d'évaluer les progrès, mais aussi à des fins médico-légales. Il s'agit d'un outil permettant d'évaluer les signes de Waddell (résultats pouvant indiquer une amplification des symptômes).

En physiothérapie, ergothérapie, orthèses et prothèses et entraînement sportif, un goniomètre mesure l'amplitude des mouvements des membres et des articulations du corps. Ces mesures permettent de suivre avec précision les progrès d'un programme de réadaptation. Lorsqu'un patient présente une amplitude de mouvement réduite, un thérapeute évalue l'articulation avant d'effectuer une intervention et continue d'utiliser l'outil pour surveiller les progrès. Le thérapeute peut prendre ces mesures d'amplitude de mouvement à n'importe quelle articulation. Elles nécessitent généralement des connaissances sur l'anatomie du corps, en particulier les repères osseux. Par exemple, lors de la mesure de l'articulation du genou, le thérapeute place l'axe (point de rotation) sur l' épicondyle latéral du fémur et aligne le bras fixe avec le grand trochanter du fémur . Enfin, le thérapeute aligne le bras mobile du goniomètre avec la malléole latérale du péroné et enregistre une mesure à l'aide de l'échelle de degrés sur la partie circulaire de l'outil. La précision de lecture est parfois un problème avec les goniomètres. Les problèmes de fiabilité intra-mesure (entre les mesures) et inter-testeurs (entre les cliniciens) peuvent augmenter à mesure que l'expérience de l'examinateur diminue. Certaines études suggèrent que ces erreurs peuvent se situer entre 5 et 10 degrés.

Ces goniomètres se présentent sous différentes formes qui, selon certains, augmentent la fiabilité. Le goniomètre standard universel est un outil en plastique ou en métal avec des incréments de 1 degré. Les bras ne mesurent généralement pas plus de 12 pouces, il peut donc être difficile de localiser avec précision le point de repère exact pour la mesure. Le goniomètre à bras télescopique est plus fiable, avec un axe circulaire en plastique comme un goniomètre classique, mais avec des bras qui s'étendent jusqu'à 2 pieds de long dans les deux sens.

Plus récemment, au XXIe siècle, les développeurs d'applications pour smartphones ont créé des applications mobiles qui fournissent les fonctions d'un goniomètre. Ces applications (telles que Knee Goniometer et Goniometer Pro) utilisent les accéléromètres des téléphones pour calculer les angles articulaires. Des recherches récentes soutiennent que ces applications et leurs appareils sont des outils fiables et valides avec autant de précision qu'un goniomètre universel.

Les systèmes modernes de capture de mouvements utilisés en rééducation effectuent au minimum une goniométrie mesurant l'amplitude active des mouvements. Bien que dans certains cas, la précision puisse être inférieure à celle d'un goniomètre, la mesure des angles avec un système de capture de mouvements est supérieure pour les mesures dans des situations dynamiques, par opposition aux situations statiques. De plus, l'utilisation d'un goniomètre traditionnel prend un temps précieux. Dans le contexte clinique, effectuer des mesures manuelles prend un temps précieux et peut ne pas être pratique.

En science des surfaces , un instrument appelé goniomètre d'angle de contact ou tensiomètre mesure l' angle de contact statique , les angles de contact d'avance et de recul, et parfois la tension superficielle. Le premier goniomètre d'angle de contact a été conçu par William Zisman du laboratoire de recherche navale des États-Unis à Washington, DC et fabriqué par ramé-hart (aujourd'hui ramé-hart instrument company), New Jersey, États-Unis. Le goniomètre d'angle de contact manuel d'origine utilisait un oculaire avec un microscope. Le goniomètre d'angle de contact actuel utilise une caméra et un logiciel pour capturer et analyser la forme de la goutte, et est mieux adapté aux études dynamiques et avancées.

Les goniomètres à angle de contact peuvent également déterminer la tension superficielle de tout liquide dans un gaz ou la tension interfaciale entre deux liquides quelconques. Si la différence de densité entre les deux fluides est connue, la tension superficielle ou la tension interfaciale peut être calculée par la méthode de la goutte pendante. Un instrument avancé souvent appelé goniomètre/tensiomètre comprend des outils logiciels qui mesurent la tension superficielle et la tension interfaciale à l'aide des méthodes de la goutte pendante, de la goutte pendante inversée et de la goutte sessile, en plus de l'angle de contact . Une balance d'adhérence centrifuge relie les angles de contact à l'adhérence de la goutte à la surface. Un gonioréflectomètre mesure la réflectivité d'une surface sous plusieurs angles.

Un goniomètre de positionnement ou platine goniométrique est un dispositif qui fait tourner un objet avec précision autour d'un axe fixe dans l'espace. Il est similaire à une platine linéaire , mais plutôt que de se déplacer linéairement par rapport à sa base, la plate-forme de la platine tourne partiellement autour d'un axe fixe au-dessus de la surface de montage de la plate-forme. Les goniomètres de positionnement utilisent généralement un entraînement à vis sans fin avec une roue à vis sans fin partielle fixée sur la face inférieure de la plate-forme de la platine engrenant avec une vis sans fin dans la base. L'engrenage à vis sans fin peut être tourné manuellement ou par un moteur dans les systèmes de positionnement automatisés.

Les angles de coupe inclus de tous les types de lames à bord tranchant sont mesurés à l'aide d'un goniomètre à réflexion laser. Développé par la Cutlery and Allied Trades Research Association (CATRA) au Royaume-Uni, une gamme d'appareils peut déterminer avec précision le profil du bord tranchant, y compris un arrondi de la pointe à ½°. L'angle inclus d'une lame est important pour contrôler sa capacité de coupe et la résistance de son bord. Par exemple, un angle faible crée un bord tranchant fin optimisé pour la coupe de matériaux plus tendres, tandis qu'un angle important crée un bord épais qui est moins tranchant mais plus résistant, ce qui peut être mieux pour couper des matériaux plus durs.

Les racles usagées , issues de l'héliogravure et d'autres procédés d'impression et de revêtement , peuvent être inspectées à l'aide d'un goniomètre, généralement doté d'une source lumineuse intégrée, pour examiner le bord de la lame et vérifier l'usure et les angles corrects. Une différence d'angle par rapport à celui réglé sur la machine peut indiquer une pression excessive, et une plage d'angles (« arrondis ») indique probablement un manque de rigidité ou d'usure dans l'ensemble porte-lame.