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Amplitude mouvement ressort

Posté par
einsteinium
14-05-23 à 16:43

Bonjour !
J'ai résolu un exercice et j'aimerai que quelqu'un puisse me dire si je l'ai fait correctement car le résultat me paraît trop simple. Voici l'énoncé :

Soit un oscillateur harmonique constitué d'un système masse + ressort dont l'équation du mouvement est donnée par l'équation différentielle suivante (dans l'image jointe) où s représente l'élongation du ressort par rapport à la position d'équilibre et ω0 est la pulsation propre valant ici 1 rad.s-1. Sachant qu'à 
l'origine des temps, l'allongement s = 1 cm et la vitesse de la masse est de
1 cm.s-1, quelle est l'amplitude du mouvement ?

Voici que j'ai fait :
à t = 0, s(t) = s(0) = 1 d'après l'énoncé
Il me semble qu'on utilise ici s(t) = s0 cos(ω0*t + ϕ) avec ϕ le déphasage, ici nul je pense car non précisé
s0 est égal à l'amplitude si je ne me trompe pas donc on aurait :
s0 = s(t)/ cos(ω0*t)
à t = 0 on a :
s0 = s(0)/ cos(1*0)
s0 = 1/ cos(0)
s0 = 1

du coup ça me parait un peu bizarre de trouver juste 1 avec des valeurs dans l'énoncé qui sont toutes égales à 1, j'ai l'impression de tomber dans une piège et de rater quelque chose, surtout que je n'ai pas utilisé la valeur de la vitesse donnée. Est ce que j'utilise la bonne relation ?
Merci à ceux qui essaieront de m'aider !

Posté par
einsteinium
re : Amplitude mouvement ressort 14-05-23 à 16:45

je crois que l'image ne s'est pas attachée, la voici

Amplitude mouvement ressort

Posté par
vanoise
re : Amplitude mouvement ressort 14-05-23 à 19:10

Bonjour
Ce n'est pas tout à fait cela.Tu as une équation horaire faisant intervenir deux inconnues : so et .
Il te faut donc deux équations. La première concerne l'élongation initiale :
s(0)=so.cos()
La deuxième va faire intervenir la vitesse initiale. Il faut commencer par dériver s(t) par rapport à t pour avoir l'expression générale de la vitesse en fonction du temps puis s'intéresser au cas particulier de l'instant initial.

Posté par
einsteinium
re : Amplitude mouvement ressort 14-05-23 à 19:30

Merci pour votre réponse.

Si je dérive s(t) qui est donc égal à v je trouve :
s(t)' = v(t) =  -ω0sin(ω0*t)
soit à t = 0, v(0) = 0 ? je pense que je me trompe car ça contredit la donnée dans l'énoncé.
Hormis cela je ne comprend pas pourquoi exprimer la vitesse m'aidera à résoudre ce problème, est ce que vous pouvez m'éclairer ?

Merci d'avance !

Posté par
vanoise
re : Amplitude mouvement ressort 14-05-23 à 19:36

Pourquoi poser a priori =0 ?
Relis mon précédent message...

Posté par
einsteinium
re : Amplitude mouvement ressort 14-05-23 à 19:41

Mais si on utilise l'expression s(0)= s0.cos(ϕ) on trouve cos(ϕ) = 1 soit ϕ = 0 non ?

Posté par
vanoise
re : Amplitude mouvement ressort 14-05-23 à 19:49

En exprimant les distances en centimètres, cela donne :
1= so.cos()
Cela donne une seule équation pour deux inconnues : so et . Il faut donc une seconde équation ; elle s'obtient en s'intéressant à la vitesse initiale comme déjà expliqué.
Ce n'est pas un hasard si l'énoncé fournit à la fois l'élongation et la vitesse initiales.

Posté par
einsteinium
re : Amplitude mouvement ressort 14-05-23 à 19:51

Si j'utilise une autre relation j'ai
s(t) = v0/ω sin(ωt)
donc s0 = 1/1 et je retrouve le même résultat

Posté par
vanoise
re : Amplitude mouvement ressort 14-05-23 à 19:53

Tu ne confondrais pas par hasard l'amplitude so et l'élongation à la date t=0 notée s(0) ? Pour éviter ce genre de confusion,de nombreux énoncés notent l'amplitude sm ou smax.

Posté par
einsteinium
re : Amplitude mouvement ressort 14-05-23 à 20:01

je pense que vous avez raison..
donc si je reprends s(t)' = v(t) =  -ω0sin(ω0*t + ϕ )
à t = 0, v0 = 1 = -sin(ϕ ) donc sin(ϕ ) = -1 et ϕ = 3π/2 c'est bien ça ?

Posté par
vanoise
re : Amplitude mouvement ressort 14-05-23 à 20:02

Tu as oublié so dans l'expression de la vitesse.

Posté par
einsteinium
re : Amplitude mouvement ressort 14-05-23 à 20:10

ah oui donc v(t) =  -s0*ω0sin(ω0*t + ϕ )
v0 = 1 = -s0*sin(ϕ) donc s0 = -1/sin(ϕ)
soit s(0) = -1/sin(ϕ) * cos(ϕ)
je ne vois pas où je peux réutiliser cette expression

Posté par
vanoise
re : Amplitude mouvement ressort 14-05-23 à 23:02

Tu avances mais avec quelques maladresses. Je résume en continuant à exprimer les distances en centimètres. Les deux relations déjà obtenues sont :
(1) : 1=so.cos()
(2) : -1=so.sin()
L'amplitude étant, par définition, une grandeur strictement positive, on en déduit d'abord :
cos()>0 et sin()<0
Aides-toi éventuellement d'un cercle trigonométrique ; ces deux inégalités impliquent une inégalité vérifiée par .
Pour être ensuite plus précis : la "division membre à membre" des deux égalités conduit à :
tan()=-1
En tenant compte aussi des inégalités, cela suffit à définir de façon précise (modulo 2 bien sûr).
Facile ensuite d'obtenir so.

Posté par
einsteinium
re : Amplitude mouvement ressort 15-05-23 à 09:54

Si je reprends donc cos(ϕ)/sin(ϕ) = tan(ϕ) = -1
tan (π/4) = 1 soit ϕ = -π/4
s(0)=s0.cos(ϕ)
s0 = s(0)/cos(ϕ) = 1/cos(-π/4) = 1/(1/√2) = √2
Est-ce que c'est correct ?
    

Posté par
vanoise
re : Amplitude mouvement ressort 15-05-23 à 10:49

Attention à la rigueur de la rédaction et à la trigonométrie.

\tan\left(\varphi\right)=\frac{\sin\left(\varphi\right)}{\cos\left(\varphi\right)} et non l'inverse ! coup de chance : cela donne tout de même (-1) !

Cela conduit à deux solutions possibles (modulo 2) : -/4 et 3/4 ; c'est parce que le cosinus est positif et le sinus négatif, qu'il faut retenir la valeur -/4 rad.

Deux remarques concernant so :

1° : un résultat présenté sans unité, lorsque l'unité existe comme ici, est considéré comme faux par la plupart des correcteurs d'examens et de concours ;

2° : jamais un appareil de mesure ne fournit l'indication \sqrt{2} cm. Suivant sa précision, il pourra indiquer 1,4cm, 1,41cm, voire 1,414cm ; bref : toujours indiquer un résultat sous forme de nombre décimal avec un nombre de chiffres significatifs dépendant de la précision des données ; le plus souvent : 3. Donc ici :

s_{o}=1,41cm

Posté par
einsteinium
re : Amplitude mouvement ressort 15-05-23 à 11:32

oulalah oui j'ai inversé cos et sin n'importe quoi merci pour votre remarque et vos conseils (étant donné qu'on travaille sous forme de qcm et que la calculatrice est interdite je ne peux pas fournir de résultats sous forme de nombre décimal)
Merci pour votre aide !



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