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Niveau maths sup
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Particule freinée dans un champ magnétique

Posté par
masterrr
28-01-10 à 18:25

Bonsoir,

Je suis en train de résoudre l'exercice suivant, mais je me pose quelques questions.

Soit une particule de masse 5$ m et charge 5$ q>0 placée en 5$ O à 5$ t=0 avec une vitesse 5$ v_0\vec{e_x}. Elle est soumise à un force de frottement 5$ -k\vec{v} et à l'action d'un champ magnétique 5$ \vec{B}=B\vec{e_z}.

1. Calculer 5$ v(t), module de la vitesse au cours du temps.
2. Montrer que la trajectoire admet un point limite et calculer ses coordonnées (il n'est pas nécessaire de déterminer l'équation de la trajectoire).
3. Tracer l'allure de la trajectoire (qualitativement sans l'action de la force de frottement puis avec.
4. Quelle est la longueur de la trajectoire.


1. On étudie la particule dans le référentiel du laboratoire supposé galiléen. Les forces extérieures exercées sur ce système sont le poids (négligé), la force de frottement et la force magnétique.

Le principe fondamental de la dynamique appliqué à ce système fournit donc : 5$ m\frac{d\vec{v}}{dt}=-k\vec{v}+q\vec{v} \wedge \vec{B}.

En multipliant scalairement l'équation précédente, il vient : 5$ \frac{d \left( \frac{1}{2}mv^2 \right)}{dt}=-kv^2. Comment est-ce que vous justifieriez que la solution de cette dernière équation est 5$ v(t)=v_0 \exp\left( -\frac{k}{m}t \right) ? Moi je vois ça comme une équation différentielle homogène du premier ordre d'où 5$ v^2(t)=v_0^2\exp\left( -\frac{2k}{m}t \right) et puis après je prends la racine. N'y a-t-il pas d'autre moyen de voir cette équation ?

J'ai vu dans un livre que 5$ \vec{v} \cdot \frac{d\vec{v}}{dt}=v\frac{dv}{dt} mais je n'arrive pas à comprendre cette égalité... Moi j'ai interprété ça comme étant la moitié de la dérivée de la fonction au carré soit 5$ \vec{v} \cdot \frac{d\vec{v}}{dt}=\frac{d\left( \frac{1}{2}mv^2 \right)}{dt}.

2. En projetant le principe fondamental de la dynamique, il vient :

5$ {x^{..}+\frac{k}{m}x^.=\frac{qB}{m}y^.
 \\ y^{..}+\frac{k}{m}y^.=-\frac{qB}{m}x^.
 \\ z^{..}+\frac{k}{m}z^.=0.

Mais je ne vois pas comment intégré ça... Les grandeurs sont couplées mais bon.

Merci d'avance !

Posté par
masterrr
re : Particule freinée dans un champ magnétique 28-01-10 à 18:33

* intégrer *

Posté par
masterrr
re : Particule freinée dans un champ magnétique 28-01-10 à 19:00

Pour la deuxième question, c'est bon.

Par contre, je me pose toujours les mêmes questions pour la première question (même si j'ai réussi à la faire).

Posté par
donaldos
re : Particule freinée dans un champ magnétique 28-01-10 à 21:37

Concernant la première question je ne vois pas où est le problème avec ta résolution.

Quant à l'égalité \vec{v}.\frac{\rm{d}\vec{v}}{{\rm d}t}=v\frac{\rm{d}v}{{\rm d}t} elle découle directement de l'égalité v^2=\vec{v}.\vec{v}, non?

Posté par
benji8874
re : Particule freinée dans un champ magnétique 28-01-10 à 21:46

D'où peut-être un produit scalaire en fait

Amicalement,

Benjamin



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