Manuel de Step

# Manuel de Step

Anne-Marie Mahfouf `<annma@kde.org>`

Traduction française : Olivier Delaune
Version KDE Gear 21.08 (24-10-2021)

Copyright © 2007 Anne-Marie Mahfouf

Note légale

Step est un simulateur physique interactif. Il vous permet d'explorer le monde de la physique au travers de simulations. Il fonctionne de cette façon : vous placez des corps sur l'espace de travail, vous ajoutez des forces telles que la gravité ou des ressorts, puis vous cliquez sur l'icône Simuler dans la barre d'outils. Step vous affichera comment votre espace de travail évoluera selon les lois de la physique. Vous pouvez modifier chaque caractéristique des corps / forces de votre expérience (Même durant la simulation) et voir comment cela change l'évolution de votre expérience. Avec Step, vous ne faites pas qu'apprendre la physique mais vous ressentez comment la physique fonctionne !

Chapitre 1. Introduction
Introduction

# Chapitre 1. Introduction

Step est un simulateur physique interactif.

Fonctionnalités de Step :

- Simulation de la mécanique classique en deux dimensions

- Particules, ressorts avec amortissement, forces gravitationnelle et coulombienne

- Corps durs

- Manipulation et détection de collisions (actuellement seulement discret)

- Corps mous (déformables) simulés par un système particules-ressorts modifiable par l'utilisateur, ondes sonores

- Dynamique moléculaire (utilisation actuelle du potentiel de Lennard-Jones) : gaz et liquide, condensation et évaporation, calcul des quantités macroscopiques et de leurs variations.

- Conversion d'unités et calcul d'expressions : vous pouvez saisir quelque chose comme « (2 jours + 3 heures) * 80 km / h » et ce sera reconnu comme une distance (Nécessite le paquet « libqalculate »).

- Calcul et propagation d'erreurs : vous pouvez saisir une valeur comme « 1.3 ± 0.2 » pour chaque propriété et les erreurs de toutes les caractéristiques dépendantes seront calculées en utilisant des formules de statistiques.

- Estimation de l'erreur du solveur : les erreurs introduites par le solveur sont calculées et ajoutées aux erreurs saisies par l'utilisateur.

- Plusieurs solveurs différents : jusqu'au 8e ordre, explicite et implicite, avec ou sans pas de temps adaptatif (la plupart des solveurs nécessite la bibliothèque GSL)

- Le contrôleur permet de piloter facilement les caractéristiques au cours de la simulation (même avec les raccourcis clavier personnalisés)

- Outils pour afficher les résultats : graphique, capteur, traceur

- Information contextuelle pour chaque objet, navigateur utilisant Wikipédia intégré

- Ensemble d'exemples d'expériences, d'autres peuvent être téléchargées avec KNewStuff3

- Tutoriels intégrés

Chapitre 2. Utilisation de Step
Utilisation de Step

# Chapitre 2. Utilisation de Step

Step simule le monde physique. La partie principale de Step (1) est l'espace de travail au centre de la fenêtre principale de Step où vous placez en premier les objets physiques et où se déroule la simulation. Sur la gauche, une palette (2) vous permet de choisir vos objets physiques. Vous pouvez déplacer librement la palette n'importe où sur votre bureau en déplaçant la barre de titre (avec un glisser-déposer). Sur la droite, vous pouvez voir la description du monde actuel (3), ses caractéristiques (4), de l'aide pour expliquer certains mots (5) et l'historique du monde actuel (6). Chacun de ces panneaux peut être placé autre part sur votre écran en déplaçant la barre de titre (avec un glisser-déposer).

Pour vous aider à commencer, Step intègre une série de tutoriels qui vous explique simplement comment créer une expérience. Veuillez suivre étape par étape en commençant par le premier tutoriel.

Chapitre 3. Devenez familier avec Step : les tutoriels
Devenez familier avec Step : les tutoriels

# Chapitre 3. Devenez familier avec Step : les tutoriels

L'élément de menu Fichier → Ouvrir un tutoriel... vous ouvre une boite de dialogue où vous pouvez charger des tutoriels intégrés à Step. Il existe cinq tutoriels et vous pouvez apprendre progressivement comment interagir avec chaque élément de Step. Le mieux est de démarrer avec le premier tutoriel en cliquant sur `tutorial1.step`. Cela affichera le premier tutoriel dans Step.

### Note

Si vous ne voyez pas correctement le tutoriel, essayez de jouer avec le zoom pour le mieux le voir.

Le tableau de bord Monde sur la droite liste tous les objets présents sur l'espace de travail. En cliquant sur l'un de ces objets, le tableau de bord Caractéristiques en-dessous affiche les propriétés de cet objet. Vous pouvez modifier ces caractéristiques en cliquant sur celle que vous souhaitez modifier.

Chaque tutoriel est constitué de textes présentant les nouveaux éléments et décrivant leurs caractéristiques. Ensuite, il vous est demandé de modifier quelques propriétés des éléments dans le but d'obtenir un nouveau résultat pour l'expérience.

## Tutoriel 1 : corps et ressorts

Ce tutoriel vous présente les corps et les ressorts et la manière de commencer votre première simulation.

Un corps est un objet qui peut être décrit par les théories de la mécanique classique, ou de la mécanique quantique, et étudié à l'aide d'instruments physiques. Cela concerne la détermination de la position, et dans certains cas l'orientation dans l'espace, ainsi que la manière de les modifier, en leur appliquant des forces.

Un ressort est un objet élastique flexible utilisé pour emmagasiner de l'énergie mécanique.

L'expérience physique de ce tutoriel est composé de deux disques reliés par un ressort. Les disques ont une vitesse initiale dans une direction tangentielle (la petite flèche bleue) et une accélération (la flèche rouge), les ressorts ont une rigidité et la longueur peut être modifiée. Au commencement de l'expérience, vous pouvez voir que les disques sont tirés et repoussés par le ressort. Le tutoriel vous invite à modifier la raideur du ressort et d'essayer de modifier le système de l'expérience.

À la fin de ce tutoriel, vous devriez être plus familier avec l'interface de Step et vous devriez également être capable de modifier facilement les caractéristiques des corps.

Tutoriel 2 : contrôleurs et graphiques
Tutoriel 2 : contrôleurs et graphiques

## Tutoriel 2 : contrôleurs et graphiques

Vous en apprendre plus sur les contrôleurs et les graphiques dans ce tutoriel.

Un contrôleur est un périphérique vous permettant de modifier graphiquement une propriété d'un corps ou d'un ressort. Dans ce tutoriel, le contrôleur vous permet de modifier la raideur d'un ressort « ressort-1 ». En déplaçant le curseur vers la droite ou en utilisant la touche W, vous pouvez augmenter la valeur de la raideur de « ressort-1 » et en déplaçant le curseur vers la gauche ou en utilisant la touche Q, vous pouvez la diminuer. Un clic avec le bouton droit sur le contrôleur vous apporte plusieurs actions contextuelle et la boite de dialogue Configurer le contrôleur... vous permet de modifier chaque propriété du contrôleur.

Les graphiques vous permettent d'afficher graphiquement la relation entre deux variables. L'exemple donné dans ce tutoriel affiche l'évolution de la position de particule1 en fonction du temps de world1. Cliquer droit sur le graphique vous permet d'effacer ou de supprimer le graphique ainsi que de modifier la boite de dialogue de configuration où vous pouvez modifier toutes les caractéristiques de ce graphique.

À la fin de ce tutoriel, vous êtes capable d'utiliser les contrôleurs pour agir sur les caractéristiques de vos corps et les graphiques pour surveiller les caractéristiques particulières de votre expérience.

Tutoriel 3 : corps durs et traceurs
Tutoriel 3 : corps durs et traceurs

## Tutoriel 3 : corps durs et traceurs

Le tutoriel 3 introduit les corps durs et les traceurs.

Un corps durs est une idéalisation d'un corps solide de taille fini dans lequel la déformation est négligée. En d'autres mots, la distance entre deux points quelconque d'un corps dur reste constante dans le temps malgré les forces extérieures qui s'exercent sur lui.

Un traceur est un outil qui montre la trajectoire d'un point situé sur un corps dur.

Lorsqu'un corps dur (un disque dans notre cas) est sélectionné, vous voyez trois attaches grises sur lui. En les utilisant en cliquant dessus et en les déplaçant, vous pouvez modifier la vitesse, l'angle et la vitesse angulaire du corps.

L'expérience du tutoriel 3 montre un disque et un boite reliés par un ressort. Un traceur (bleu) est toujours présent sur la boite. Vous pouvez en ajouter un deuxième : veuillez sélectionner le bouton Traceur dans le panneau Palette puis cliquer sur le point de la boite où vous souhaitez placer le traceur. Dans le panneau Caractéristiques, veuillez cliquer sur la ligne de couleur et à droite de la ligne, vous pouvez cliquer sur le carré bleu pour faire apparaitre une palette de couleurs : vous pouvez sélectionner une nouvelle couleur pour le traceur. La capture d'écran ci-dessous affiche deux traceurs après l'exécution de la simulation pendant quelques secondes.

Tutoriel 4 : moteurs et forces
Tutoriel 4 : moteurs et forces

## Tutoriel 4 : moteurs et forces

Deux types de moteurs sont disponibles dans Step : les moteurs linéaires et les moteurs circulaires. Un moteur linéaire applique une force constante à un point donné sur un corps tandis qu'un moteur circulaire applique un moment angulaire constant à un corps.

Trois forces différentes peuvent être utilisées sur les corps : la force de pesanteur, la force gravitationnelle et la force coulombienne. Par défaut, aucune force n'est activée dans Step. La force coulombienne est une force qui existe intrinsèquement entre deux charges.

Dans l'expérience, il y a un disque et une boite reliés par un ressort. Une boite plate située en bas formera une limite. Le disque et la boite ont chacun un moteur linéaire qui leur est appliqué/ Deux contrôleurs vous permettent de modifier la valeur de la force de chaque moteur. Lancez la simulation et jouer avec les contrôleurs. Ensuite arrêtez la simulation et ajoutez une force de pesanteur dans le monde (les forces sont globales et s'appliquent au monde dans sa totalité). Redémarrez la simulation et constatez la différence.

Vous pouvez également supprimer le moteur linéaire de la boite et ajouter un moteur circulaire. Veuillez cliquer sur le bouton Moteur-Circulaire dans le panneau Palette puis cliquer sur la boite. Le moteur circulaire est appliqué à la boite. Vous devez alors régler la valeur du couple en cliquant sur la poignée grise et en la déplaçant sur le moteur.

Ce tutoriel vous a présenté les moteurs ainsi que les forces et vous devriez maintenant être capable de les ajouter aux corps.

Tutoriel 5 : jonctions
Tutoriel 5 : jonctions

## Tutoriel 5 : jonctions

Les liens sont des objets qui permettent d'attacher les corps à quelque chose d'autres ou bien à l'arrière-plan. Step vous propose les liens suivants : points d'ancrage, punaises, barres. Un point d'ancrage est un lien qui fixe la position d'un corps. Le corps ne peut pas bouger lorsqu'il y a un point d'ancrage. Une punaise est un lien qui fixe un point sur un corps, le corps peut encore bouger autour de la punaise. Une barre est un lien qui fixe la distance entre deux point de deux corps.

Le tutoriel 5 décrit un pendule double.

Ajoutez une Particule sur l'espace de travail puis reliez cette particule à « Particule-2 » avec une barre. Veuillez ensuite cliquer sur la Barre sur le panneau Palette. Ensuite, vous devez sélectionner le premier objet à attacher à la barre (Particule-2) avec le bouton gauche de la souris puis faire glisser jusqu'au deuxième objet (Particule-3) et relâcher le bouton de la souris sur « Particule-3 ». Vous venez de créer un pendule triple !

Chapitre 4. Exemples de Step
Exemples de Step

# Chapitre 4. Exemples de Step

Le paquet de Step contient plusieurs exemples instructifs pour vous aider à comprendre les principes du fonctionnement de l'application :

Fichier → Exemples

  Ouvre un sous-menu avec différents éléments d'action.

  Ouvrir un exemple...

    Ouvre un exemple à partir de l'ensemble par défaut

  Ouvrir un exemple téléchargé...

    Ouvre les exemples téléchargés.

  Télécharger de nouvelles expériences...

    Téléchargez des exemples partagés par d'autres utilisateurs.

  Partager l'expérience courante...

    Vous pouvez partager vos propres exemples.

Vous pouvez trouver les descriptions des fichiers d'exemple par défaut ci-dessous.

`brownian.step`

  Trace la trajectoire d'un disque rigide interagissant avec 40 particules évoluant aléatoirement dans une boite. Cet exemple simule un mouvement brownien de particules dans un gaz parfait.

`doublependulum.step`

  Cet exemple simule le mouvement d'un pendule double en utilisant 2 particules massives et deux barres.

`eightpendulum.step`

  Cet exemple est une simple démonstration du célèbre pendule de Newton. Il est réalisé dans Step grâce à des barres, 8 disques et une boite. Les six boules dans le milieu n'ont aucun mouvement parce qu'elles transfèrent uniquement du mouvement et de l'énergie, sans déplacement.

`premier.exemple` : premier exemple

  Cet exemple a deux parties. La première partie contient deux particules reliées par un ressort et la seconde partie contient deux particules chargées.

  Deux particules reliées par un ressort

    Dans cet exemple, deux particules sont ajoutées à l'espace de travail et un ressort les relie. Les propriétés des deux particules telles que leur vitesse, leur quantité de mouvement, leur position etc. ont été définies dans le navigateur de propriétés. Les propriétés du ressort telles que sa raideur, sa longueur de relaxation, son amortissement etc. ont également été définies dans ce navigateur.

    Explication de la simulation :

    C'est un bon exemple d'un mouvement harmonique simple. Ici, l'accélération de la première particule est définie dans la direction de l'axe x positif et l'accélération de l'autre particule est définie le long de l'axe x négatif. Ainsi, les deux particules étirent le ressort dans des directions opposées, tandis que le ressort essaie de faire revenir les deux particules à leur position initiale. Ainsi, le système exécute un mouvement harmonique simple. La simulation des particules et du ressort sous ces conditions peut être affichée dans l'espace de travail.

  Deux particules chargées

    La vitesse de chaque particules chargées est ainsi définie dans une certaine direction, ainsi les particules chargées se déplacent dans une direction respective à leur vitesse mais chaque particule dispose d'une charge égale et opposée ce qui induit que les particules essaient de s'attirer l'une l'autre. Ainsi, la simulation des particules chargées sous ces conditions peut être affichée dans l'espace de travail.

`fourpendula.step`

  Cet exemple est une démonstration correcte du pendule de Newton. Comme le système est imparfait, les deux disques au milieu se déplace visiblement avec le temps.

`gas.step`

  Cet exemple simule la pression d'un gaz parfait provoquée par le mouvement brownien.

`graph.step`

  Trace un graphe de la vitesse en fonction de la position pour la particule 1 dans le système de deux particules reliées par un ressort.

`liquid.step`

  Cet exemple simule un liquide monoatomique.

`lissajous.step`

  Cet exemple simule une courbe de Lissajous en utilisant un modèle à deux particules. Les paramètres du modèle peuvent être modifiés en utilisant le contrôleur au centre de l'espace de travail.

`motor1.step`

  Simule un corps dur triangulaire sous la charge de trois moteurs linéaires.

`motor.step`

  Simule l'interaction d'un moteur linéaire avec un corps dur rectangulaire sur un ressort.

`note.step`

  Exemple avec une formule LATEX ((théorème de flux-divergence) et une image intégrée.

`resonance.step`

  Cet exemple simule une résonance dans un système avec un moteur angulaire.

`softbody.step`

  Cet exemple simule une interaction de deux corps durs avec un corps mou entre eux.

`solar.step`

  Cet exemple simule le mouvement des principaux corps du système solaire (le Soleil et les planètes).

`springs.step`

  Cet exemple simule le mouvement d système planaire de cinq particules reliées par quatre ressorts.

`wave.step`

  Le graphe de l'espace de travail expose les oscillations de la particule verte. Lorsque vous démarrez la simulation, l'onde commence à voyager à partir de la particule rouge. La particule bleue réfléchira l'onde et voyagera dans la direction inverse jusqu'à ce que la particule rouge la réfléchisse de nouveau. Après un certain temps, l'onde disparaitra due à l'amortissement des ressorts.

Chapitre 5. Remerciements et licence
Remerciements et licence

# Chapitre 5. Remerciements et licence

Step

Programme sous copyright, 2007 Vladimir Kuznetsov `(ks.vladimir AT gmail.com)`

Collaborateurs :

- Auteur : Vladimir Kuznetsov `(ks.vladimir AT gmail.com)`

- Collaborateur : Carsten Niehaus `(cniehaus AT kde.org)`

Documentation sous copyright, 2007 Anne-Marie Mahfouf `(annma AT kde.org)`

Traduction française par Olivier Delaune `(olivier.delaune AT wanadoo.fr)`.

Cette documentation est soumise aux termes de la Licence de Documentation Libre GNU (GNU Free Documentation License).

Ce programme est soumis aux termes de la Licence Générale Publique GNU (GNU General Public License).