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Niveau école ingénieur
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base cylindro-polaire

Posté par
kaboreced
21-10-18 à 14:44

bonjour je demande de l'aide pour commencer cet exercice .
Dans le plan (xOy) d'un repère (O ;(ex) ⃗;(ey) ⃗;(ez) ⃗), le mouvement d'un point M est décrit par la variation de ses coordonnées cartésiennes en fonction du temps t
(x=-be^(-kt) cos⁡(kt) et y=be^(-kt) sin⁡(kt)             Où b et k sont deux constantes positives
1)a) Déterminer en fonction de t les coordonnées polaire p=(OM) ⃗ et θ=kt du point M.
    b) En déduire l'équation polaire de la trajectoire du point M.
2)a)déterminer en fonction du temps t les composantes polaire du vecteur vitesse.
    b) En déduire l'angle =(om,v)
    c)en déduire la nature du mouvement
3a)Déterminer en fonction du temps t les composantes polaires du vecteur accélération
b)préciser la direction du vecteur accélération et représenter les vecteurs vitesse et accélération sur une figure
4)déterminer en fonction de t les composantes tangentielles et normale du vecteur accélération

Posté par
vanoise
re : base cylindro-polaire 21-10-18 à 15:11

Bonjour
Les coordonnées cartésiennes de M se déduisent des coordonnées polaires par les relations :

x=\rho\cdot\cos\left(\theta\right)\quad;\quad y=\rho\cdot\sin\left(\theta\right)

Ici, on peut procéder par simple identification. Je t'indique tout de même la méthode générale permettant d'obtenir les coordonnées polaires en fonction des coordonnées cartésiennes :

\rho=\sqrt{x^{2}+y^{2}}\quad;\quad\tan\left(\theta\right)=\frac{y}{x}

avec \cos\left(\theta\right) du signe de x et \sin\left(\theta\right) du signe de y.

Je te laisse réfléchir et proposer une solution.

Posté par
kaboreced
re : base cylindro-polaire 21-10-18 à 15:40

bonjour vanoise
les coordonnées cartesiennes sont-ils toujours de cette forme?

Posté par
kaboreced
re : base cylindro-polaire 21-10-18 à 15:54

elles*

Posté par
vanoise
re : base cylindro-polaire 21-10-18 à 16:14

Mon  message du 21-10-18 à 15:11 est toujours valide pour un mouvement d'un point matériel dans un plan.

Posté par
kaboreced
re : base cylindro-polaire 21-10-18 à 17:05

alors pour p j'ai trouvé be-w et \theta j'ai trouvé tan(-w)
est ce  juste ?
si oui comment fais ton l'équation alors ? parce que j'en ai jamais entendu parler

Posté par
kaboreced
re : base cylindro-polaire 21-10-18 à 17:18

\theta  est égale plutôt à arctan(y/x)

Posté par
vanoise
re : base cylindro-polaire 21-10-18 à 19:43

Tu y es presque mais il y a une difficulté due au signe « - » dans l'expression de x. Si on procède par simple identification, on obtient, en supposant b > 0 ( ne peut pas être négatif par convention) :

\rho=b.\exp\left(-k.t\right)

-\cos\left(k.t\right)=\cos\left(\theta\right)\quad et\quad\sin\left(k.t\right)=\sin\left(\theta\right)

Dessine un cercle trigonométrique si cela peut t'aider : on obtient :

\theta=\pi-k.t\quad\text{(en radians et modulo \ensuremath{2\pi})}

Il faut être clair au niveau des notations. Comme le plus souvent en mécanique, je note l'angle polaire soit l'angle \left(\overrightarrow{e_{x}},\overrightarrow{OM}\right) ; il y a une maladresse dans ton énoncé ; il serait préférable de poser : k.t=\alpha , sauf bien sûr si tu as commis une faute de frappe en ajoutant un signe « - » dans l'expression de x, les choses deviendraient alors très simples...

Posté par
kaboreced
re : base cylindro-polaire 21-10-18 à 19:52

effectivement j'ai commis une faute de frappe car il n'y a pas le signe <-> dans l'expression de x

Posté par
vanoise
re : base cylindro-polaire 21-10-18 à 19:59

Je m'en doutais un peu... Cela donne tout simplement comme prévu par ton énoncé :
= k.t

Posté par
kaboreced
re : base cylindro-polaire 21-10-18 à 20:05

oui
alors pour l'equation?

Posté par
kaboreced
re : base cylindro-polaire 21-10-18 à 23:02

personne? je suis toujours bloqué la

Posté par
vanoise
re : base cylindro-polaire 21-10-18 à 23:36

Une simple substitution :
\rho=b.\exp\left(-\theta\right)
Il s'agit d'une spirale exponentielle. Voici un exemple correspondant à b=1m tracée entre =0 et =2 rad

base cylindro-polaire

Posté par
kaboreced
re : base cylindro-polaire 22-10-18 à 00:23

pour me mettre les idées clairs
qu'est ce que l'on nous demande vraiment par équation polaire? c'est l'equation de la trajectoire?

Posté par
vanoise
re : base cylindro-polaire 22-10-18 à 14:37

L'équation polaire de la trajectoire est l'équation : = f().
Les équations qui sont fournies par l'énoncé sont les équations paramétriques de la trajectoire.
Pour avoir une trajectoire avec plusieurs "tours" autour du centre O, il aurait fallu poser comme équations paramétriques :

x=b\cdot\exp\left(-t\right)\cdot\cos\left(k.t\right)\quad;\quad y=b\cdot\exp\left(-t\right)\cdot\sin\left(k.t\right)

L'équation polaire devenant, en posant toujours : \theta=k.t :

\rho=b.\exp\left(-\frac{\theta}{k}\right)

Voici le résultat obtenu pour b=1m, k=10rad, variant de 0 à 10rad.

base cylindro-polaire

Posté par
kaboreced
re : base cylindro-polaire 22-10-18 à 21:50

Bonsoir
d accord je comprend mieux
j'ai essayé de continué l'exercice hier pour déterminer les composantes polaires de la vitesse il m'a suffit de dérivé l'équation polaire.
mais alors comment trouver ensuite l'angle former par le vecteur om et le vecteur vitesse?

Posté par
vanoise
re : base cylindro-polaire 22-10-18 à 22:28

\overrightarrow{v}=\dot{\rho}.\overrightarrow{e_{\rho}}+\rho.\dot{\theta}.\overrightarrow{e_{\theta}}

avec : \theta=k.t   et  \rho=b.\exp\left(-k.t\right)

Pour l'angle : fait une figure propre en représentant les deux composantes du vecteur vitesse ainsi que la résultante de ces deux composantes. Un minimum de trigonométrie te donne alors le résultat... Trace aussi la trajectoire pour vérifier la cohérence du résultat.

Posté par
vanoise
re : base cylindro-polaire 23-10-18 à 19:01

Ce schéma pourra peut-être t'aider...

base cylindro-polaire

Posté par
kaboreced
re : base cylindro-polaire 28-10-18 à 16:03

Bonjour vanoise
désolé du retard j'étais en examen toute la semaine
sinon il ya pas une manière théorique de la calculé plutôt que graphiquement?

Posté par
vanoise
re : base cylindro-polaire 28-10-18 à 16:32

Citation :
sinon il ya pas une manière théorique de la calculé plutôt que graphiquement?

Bien sûr que si !
je t'ai indiqué la méthode dans mon message du   22-10-18 à 22:28. Tu exprimes les composantes du vecteur vitesse suivant er et e. La figure précédente permet d'arriver ensuite à :

\alpha=\frac{\pi}{2}+\beta\quad avec\quad\beta=\arctan\left(\dfrac{|\dot{\rho}|}{\rho.\dot{\theta}}\right)

Posté par
kaboreced
re : base cylindro-polaire 31-10-18 à 13:11

okk j'ai compris
merci bien vanoise



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