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étude d'un ressort

Posté par
rapha95
23-04-14 à 12:59

Bonjour,
dans un exercice, on a un objet de masse m suspendu (vers le bas) à un ressort de constante de raideur k, le tout est immergé dans l'eau. L'axe Ox est dirigé vers le bas. Donc au repos, l'objet se trouve à Xéq. On étire le ressort jusqu'à Xmax. Et on cherche à exprimer Xmin .
Donc pour cela j'utilise le théorème de la conservation de l'énergie:

Etot=Epp+Ep(r)+E+Ecin  aux valeur extrème on a Ecin=0 donc jusque la tout va bien.  

Ainsi pour moi au niveau de Xmax, on a: Etot=mg(Xéq-Xmax)-0,5k(Xéq-Xmax)2-Vg(Xéq-Xmax)
et au niveau de Xmin, on a: Etot=mg(Xéq-Xmin)+0,5k(Xéq-Xmin)2-Vg(Xéq-Xmin)

Mais dans la correction ce n'est pas la même:
Au niveau de Xmax il y a:Etot=mg(Xéq-Xmax)+0,5k(Xmax-Xéq)2+Vg(Xmax-Xéq)
et en Xmin :Etot=mg(Xéq-Xmin)+0,5k(Xéq-Xmin)2-Vg(Xéq-Xmin)

Ce qui fait que j'obtient une expression de Xmin différente de la correction, et je ne comprends pas pourquoi Ep(r) a un signe positif pour les deux extrémité dans la correction, pour E j'ai compris, ils ont inversé Xéq et Xmax dans la première égalité de la correction ce qui donne +Vg(Xmax-Xéq).

Quelqu'un aurait-t-il une explication ?
merci d'avance  

Posté par
J-P
re : étude d'un ressort 23-04-14 à 15:46

C'est gonflé de faire osciller un objet dans l'eau ... et oser négliger les pertes par frottement.

Où est O ?

Posté par
rapha95
re : étude d'un ressort 23-04-14 à 17:35

C'est un exercice du tutorat de ma fac de médecine, donc ce n'est pas forcément représentatif de la réalité, donc dans l'exercice on néglige les frottement, on est donc dans le cas d'un oscillateur parfait. L'origine O se trouve en bas du ressort au repos sans la masse m. Je viens de faire un schéma (en PJ).

étude d\'un ressort

Posté par
J-P
re : étude d'un ressort 23-04-14 à 18:18

Je m'en doutais et alors je ne suis d'accord ni avec ta solution ni avec celle du corrigé.

En prenant le niveau de référence pour les Epp nulles à la position de la masse suspendue au repos (pour être le plus proche de la réponse proposée, que je pense, cependant fausse):

En position Xmax :
Em = -mg(Xmax - Xéq) + Rho.v.g(Xmax - Xéq) + (1/2).k.Xmax²

En position Xmin :
Em = -mg(Xmin - Xéq) + Rho.v.g(Xmin- Xéq) + (1/2).k.Xmin²

Hors pertes par frottement (même si c'est absurde) :
-mg(Xmax - Xéq) + Rho.v.g(Xmax - Xéq) + (1/2).k.Xmax²  = -mg(Xmin - Xéq) + Rho.v.g(Xmin- Xéq) + (1/2).k.Xmin²

-mg.(Xmax-Xmin) + Rho.v.g(Xmax - Xmin) + (1/2).k.(Xmax²-Xmin²)  = 0

-mg.(Xmax-Xmin) + Rho.v.g(Xmax - Xmin) + (1/2).k.(Xmax-Xmin).(Xmax+Xmin)  = 0

et comme Xmax-Xmin est différent de 0 --->

-mg + Rho.V.g + (1/2).k.(Xmax+Xmin)  = 0

Xmax+Xmin = 2g.(m - Rho.V)/k

Xmin = 2g.(m - Rho.V)/k - Xmax
-----

Et en plus direct, on prend le niveau de référence pour les Epp nulles en x = 0 (peut se prendre n'importe où sans que cela modifie le résultat).

On a alors :

En position Xmax :
Em = -mg.Xmax + Rho.v.g.Xmax + (1/2).k.Xmax²

En position Xmin :
Em = -mg.Xmin + Rho.v.g.Xmin + (1/2).k.Xmin²

Hors pertes par frottement (même si c'est absurde) :
-mg.Xmax + Rho.v.g.Xmax + (1/2).k.Xmax²  = -mg.Xmin + Rho.v.g.Xmin + (1/2).k.Xmin²

-mg.(Xmax-Xmin) + Rho.v.g(Xmax - Xmin) + (1/2).k.(Xmax-Xmin).(Xmax+Xmin)  = 0

et comme dans la première partie, on arrive à : Xmin = 2g.(m - Rho.V)/k - Xmax
-----

Sauf distraction.  

Posté par
rapha95
re : étude d'un ressort 26-04-14 à 14:53

D'accord merci beaucoup
mais il y a toujours quelque chose que je ne comprends pas: pourquoi, dans l'expression à Xmax par exemple, c'est -mg(Xmax-Xéq) et pas +mg(Xmax-Xéq) car Epp tend à ramener le mobile vers le bas, or l'axe Ox est dirigé vers bas, donc l'Epp tends à faire augmenter la valeur X de la position de l'objet nn ?

A l'inverse, la poussée d'archimède tends à faire remonter le mobile vers l'origine de l'axe, et donc faire diminuer la valeur x de l'objet, donc pour moi ce serai -Vg(Xmax-Xéq) et pas +Vg(Xmax-Xéq)?

Je penses qu'il y a quelque chose que je n'ai pas compris au niveau de l'addition des énergies dans le principe de la conservation des énergies, pourrais tu m'expliquer pourquoi mon raisonnement est-il faux ?  

Posté par
J-P
re : étude d'un ressort 26-04-14 à 16:28

Dans un champ de pesanteur g constant, l'énergie potentielle de pesanteur d'un objet de poids P (=mg) situé en en un point A est Epp = mg.(altitude de A - altitude de R) avec R un point à l'altitude de référence pour les Epp nulles.

Mais dans le cas de l'exercice, l'axe vertical du repère a été choisi positif vers le bas ... donc dans le sens contraire des altitudes grandissantes.

Comme A (correspondant à Xmax) est plus bas que le point R (correspondant à Xéq), un objet en A à une Epp négative ---> Epp = - mg.(Xmax - Xéq)

Pour la poussée d'Archimède, elle est de sens contraire au poids et donc l'énergie potentielle liée à la poussée d'Archimède est de signe contraire à celle due au poids. -->

Ep(archi) = Rho.V.g.(Xmax - Xéq)
-----
Ce qui te trouble est probablement du au fait que l'axe vertical du repère a été choisi avec son sens positif vers le bas... et qu'il faut en tenir compte dans les raisonnement.

Posté par
rapha95
re : étude d'un ressort 26-04-14 à 16:59

Oui effectivement c'est cette inversion de l'axe qui m'a perturbé, je me suis bien emmêlé les pinceaux
En tout cas je te remercie grandement pour ton explication et ta rapidité !!!

A bientot



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