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Niveau maths sup
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Dynamique du point

Posté par
masterrr
01-02-09 à 10:14

Bonjour,

Je bloque sur l'exercice suivant, c'est pourquoi j'aurais besoin d'un petit coup de pouce s'il vous plaît. Merci d'avance !
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On envisage l'espace compris entre deux armatures cylindriques coaxiales de rayons respectifs 5$ r_1 et 5$ r_2 avec 5$ r_1 < r_2.

On se repèrera en coordonnées cylindriques 5$ (r,\theta,z).

On applique sur l'armature intérieur un potentiel 5$ V_1 et sur l'armature extérieure un potentiel 5$ V_2 tel que 5$ V=V_1-V_2 < 0.

On injecte entre les deux armatures des électrons, de masse 5$ m et de charge 5$ q, à la distance 5$ r_0 de 5$ (Oz). Le champ électrique entre les armatures est radial et son expression est donnée par 5$ \vec{E}=\frac{V}{\ln\frac{r_2}{r_1}}\frac{1}{r}\vec{e_r}. On posera 5$ K=\frac{V}{\ln\frac{r_2}{r_1}}.

On ajoute un champ magnétique 5$ \vec{B}=B\vec{k} uniforme dirigé suivante 5$ (Oz) avec 5$ B > 0.

1. Soit 5$ \vec{v_0} le vecteur vitesse des électrons injectés en 5$ r_0. 5$ \vec{v_0} est dans le plan perpendiculaire à 5$ (Oz).

a. Écrire le principe fondamental pour un électrons et le projeter sur 5$ \vec{e_r} et 5$ \vec{e_\theta}.

b. Montrer que l'électron peut décrire une trajectoire circulaire centrée sur l'axe 5$ (Oz). On établira pour cela la direction de 5$ \vec{v_0} et on donnera l'expression de 5$ K en fonction de 5$ m, q, v_0, B et 5$ r_0.

c. Déterminer l'expression de 5$ v_0 qui rend extremum 5$ K. Donner l'expression 5$ K_m de l'extremum de 5$ K.
_________________________________________________________________________________________________________

Système étudié : l'électron dans le référentiel terrestre supposé galiléen.

Bilan des forces : le poids, le champ électrique et le champ magnétique.

Principe fondamental de la dynamique : 5$ m\vec{a}=m\vec{g}+\vec{E}+\vec{B}.

Projection sur 5$ \vec{e_r} et 5$ \vec{e_\theta} : 5$ \{{m(r^{..}+r(\theta^.)^2)=\frac{K}{r}+B \atop m(2r^.\theta^.+r\theta^{..})=0}.

Et là je ne vois pas trop comment continuer. Déjà est-ce que r est bien une constante ? Si oui je peux simplifier la projection. Après si j'intègre \vec{v_0} me pose problème parce que je ne vois pas sur quels axes il se trouve. Il est dans le plan perpendiculaire à 5$ (Oz), comment traduire cette information ? Enfin, l'énoncé ne précise fait s'il fait un angle quelconque avec l'un des axes donc je bloque...

Merci d'avance pour votre aide.

Posté par
masterrr
re : Dynamique du point 01-02-09 à 10:21

Il manque un m en facteur pour la première ligne de la projection...

Posté par
masterrr
re : Dynamique du point 01-02-09 à 11:30

Je me suis trompé, l'électron est soumis à son poids et à la force de Lorentz, id est 5$ \vec{F}=q\vec{E}+q\vec{v}5$ \vec{B}. Mais une fois que j'ai projeté ça je bloque...

Quelqu'un pourrait-il m'aider ? Merci.

Posté par
benji8874
re : Dynamique du point 01-02-09 à 11:34

Bonjour,

Oulalalalalalala, ça me fait mal au yeux, attention \vec{E} et \vec{B} sont d'une, d'unités différentes et de deux, ce ne sont pas des forces.

Vous devais vous servir de la loi de Lorentz (paix à son âme) :


m\vec{a}=\vec{F_E}+\vec{F_B}
 \\ m\vec{a}=q(E\vec{e_r}+v.\vec{e_r}\wedge{B.\vec{e_z}})
 \\ m(r^{..}+r(\the^.)^2)=\frac{qK}{r}
 \\ m(2r^.\the^.+r\the^{..})=-qvB

où v est la vitesse.

Je vous laisse vous débrouiller avec cela.

Cordialement,

Benjamin

Posté par
benji8874
re : Dynamique du point 01-02-09 à 11:37

Re bonjour,

De plus je pense que vous pouvais négliger le poids, dû au facteur 10^{-31}

Cordialement,

Benjamin

Posté par
masterrr
re : Dynamique du point 01-02-09 à 11:52

Oui merci je me suis rendu compte de l'horreur que j'avais écris mais je l'avais corrigé entre temps.

Par contre, je ne comprends pas pourquoi vous considérez que la vitesse n'a qu'une seule composante. Son expression n'est-telle pas : 5$ \vec{v}=r^.\vec{e_r}+r\theta^.\vec{e_\theta}+z^.\vec{e_z} ?

Du coup j'obtiens :

5$ m(r^{..}+r(\theta^.)^2=q(r\theta^.B+\frac{K}{r})
 \\ m(2r^.\theta^.+r\theta^{..})=-qr^.B.

Posté par
benji8874
re : Dynamique du point 01-02-09 à 12:48

oui effectivement, j'ai cru voir que v était suivant \vec{e_r}ce qui est complètement stupide d'ailleurs, en espérant vous avoir suffisamment aider.

Cordialement,

Benjamin

Posté par
masterrr
re : Dynamique du point 01-02-09 à 13:37

Oui merci pour votre aide !

Néanmoins je bloque sur ces deux équations... Je ne vois pas comment intégrer ces équations qui dépendent à la fois de r et de ...

Posté par
benji8874
re : Dynamique du point 01-02-09 à 14:58

essayez peut-être sous la forme :

m(r^.\the^.+r\the^{..})=-r^.(qB+m\the^.)
 \\ m(\frac{d}{dt}r\the^.)=-r^.(qB+m\the^.)

je suis un peu bloqué là... désolé...

Cordialement,

Benjamin

Posté par
masterrr
re : Dynamique du point 01-02-09 à 16:26

Merci quand même !

Quelqu'un saurait-il comment poursuivre ? Merci d'avance.

Posté par
Wadafoque
Stabilité d'une trajectoire 08-03-13 à 13:11

Bonjour !

J'up ce topic car j'ai le même dm à faire, et je bloque à partir d'une question qui suit celles ci dessus :
montrer à partir de 1)a) qu'on a : r^2 *(teta point)= - (qBr^2)/2m+cte.
déterminer la cte puis la valeur de teta point

Posté par
Wadafoque
re 08-03-13 à 13:18

pour la 1)a) j'ai :

m(r (deux points) - r (teta point)^2) = q ( (K/r) + r (teta point)B)
m(r (teta deux points) + 2 r(point)(teta point)= q r(point)B

en sachant que r = r0 donc cte.

b) v0=r0(teta point)

donc après calcul K= -(m v0^2)/q -r0 v0 b

c) on dérive k pour avoir les variations.
v extremum = -(r0 B q)/2m
K extremum = (r0^2 B^2 q)/4m

après je bloque :/



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