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Niveau maths sup
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Travail d'une force de tension d'un ressort et énergie pot.

Posté par
Linuks
27-07-10 à 15:45

Bonjour,

J'aimerais savoir si comme pour le poids, les formules du travail d'une force de tension d'un ressort et de l'énergie potentielle dépendaient de l'orientation des axes (en l'occurence l'axe (Ox)).
Car les formules donnent :
W_{A->B}(\vec{F})=\frac{1}{2} \times k \times(x_{A}^2-x_{B}^2) (j'ai essayé de retrouver cette formule suivant les 2 orientations et elle me semble toujours valable).
E_{p}(x)=\frac{1}{2} \times k \times x^2+cste, elle me semble toujours valable mais j'hésite car :

Si je prends un ressort horizontal tel que sa position à vide corresponde à l'origine des axes.

Si j'oriente l'axe (Ox) vers la droite en prenant un vecteur directeur unitaire \vec{e_{x}} sur ce même axe et orienté vers la droite, je peux écrire la force de tension du ressort à son extrémité droite par exemple (en y fixant une masse m) :
\vec{T}=-k \times x \times \vec{e_{x}}.


Si j'oriente l'axe (Ox) vers la gauche en prenant un vecteur directeur unitaire \vec{e_{x}} sur ce même axe et orienté vers la gauche, je peux écrire la force de tension du ressort à son extrémité droite par exemple (en y fixant une masse m) :
\vec{T}=-k \times (-x) \times -(\vec{e_{x}})=-k \times x \times \vec{e_{x}}.

J'obtiens la même force mais lorsque je dois faire le produit scalaire \vec{T}.d\vec{OM}, que vaut d\vec{OM} ?
D'après moi il vaut dx \times \vec{e_{x}} dans les 2 cas car on prend un déplacement élémentaire dirigé comme l'axe (Ox) (donc il n'y a pas de signe moins).
Donc au final, on retrouve bien E_{p}(x)=\frac{1}{2} \times k \times x^2+cste.

Ainsi pour les ressorts, j'aurais tendance à dire que l'orientation n'influence pas ces 2 formules mais n'ai-je pas fais une erreur quelque part?
Merci d'avance car je suis en plein doute :|

Posté par
Linuks
re : Travail d'une force de tension d'un ressort et énergie pot. 27-07-10 à 15:58

J'ai oublié ce schéma pour préciser les choses.

Mon problèmes est surtout porté sur le vecteur d\vec{OM}.
J'aimerais savoir si dans le cas du schéma, on a bien d\vec{OM}=-dx\vec{ex}.
Si c'est le cas, les formules marchent bien pour toute orientation normalement

Travail d\'une force de tension d\'un ressort et énergie pot.

Posté par
efpe
re : Travail d'une force de tension d'un ressort et énergie pot. 27-07-10 à 18:18

J'étais d'accord avec tout ce que tu as mis dans ton premier post. Mais pourquoi écrire dans le 2e :

Citation :
J'aimerais savoir si dans le cas du schéma, on a bien dOM = - dx.ex
  (désolé pour les vecteurs)

Ton raisonnement du 1er post était juste :
Citation :
D'après moi il vaut dx.ex dans les 2 cas car on prend un déplacement élémentaire dirigé comme l'axe (Ox) (donc il n'y a pas de signe moins).


Petite explication sur ce qui te semble bizarre : il y a bien une condition d'orientation de l'axe d'altitude pour l'énergie potentielle de pesanteur mais pas pour l'Ep élastique ! Pourquoi ? Parce que si tu comprimes un ressort par rapport à sa position d'équilibre ou si tu l'étires, la force développée par le ressort aura la même norme : on stocke la même quantité d'énergie qu'on l'étire ou qu'on le comprime.

Posté par
Linuks
re : Travail d'une force de tension d'un ressort et énergie pot. 27-07-10 à 18:30

Merci pour la réponse et l'explication

En fait pour ce qui est du dOM = - dx.ex (pas de soucis pour les vecteurs :p), je me demandais :
- dOM est le vecteur déplacement élémentaire, donc orienté dans le sens du mouvement.
Dans notre cas, dOM est réduit à une seule composante : dOM=dx*ex.
Mais est-ce que dx est une valeur algébrique ?
Car si on prend alors l'exemple d'un mouvement oscillatoire, il se peut que de constamment de signe pendant toute la durée du mouvement.
Cela ne pose t-il pas problème pour calculer un travail ou une énergie potentielle ?
Dans mon premier post, j'ai orienté dx selon l'axe (Ox) mais ne faut-il pas l'orienter selon le sens du mouvement ?

Posté par
efpe
re : Travail d'une force de tension d'un ressort et énergie pot. 27-07-10 à 18:46

dx est bien une grandeur algébrique (on adore ça en prépa ). Donc inutile de se tracasser avc un moins ou pas : ce sont les bornes d'intégration qui définiront tout au final. Du coup, il n'y a pas de problème, même avec un mouvement oscillatoire. On peut orienter l'axe des x comme on veut, ça ne changera rien (du moment qu'on reste cohérent dans la suite bien sûr).

Dernière précision, "orienter dx" ne veut rien dire puisque dx est un scalaire

Posté par
Linuks
re : Travail d'une force de tension d'un ressort et énergie pot. 27-07-10 à 18:55

Oups oui pour les scalaire je voulais dire dx*ex ou dOM :p
En tout cas merci pour l'éclaircissement, j'étais vraiment perdu avec le coup du dx
Merci encore et bonne soirée

Posté par
efpe
re : Travail d'une force de tension d'un ressort et énergie pot. 27-07-10 à 19:06

tu verras qu'en maths spé, tu te reposeras ce genre de question dans le chapitre sur l'induction en particulier ^^
Tant que tu ne travailles pas tête baissée dans les maths et que tu réfléchis un peu en physicien tout ira bien ^^

A bientot



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