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Niveau maths sup
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cinématique et conique

Posté par
sami
04-04-13 à 14:03

Bonjour à tous, pouvez m'aider pour cet exercice je n'y comprends pas grand chose. Merci d'avance:

ÉNONCÉ
Un point matériel se déplace avec une accélération donnée par γ=(-kr )/r^3  où r et le vecteur position ( r en gras est en vecteur)et k est une constante positive.
1°/ Montrer que le mouvement est plan et que la trajectoire est une conique d'équation en coordonnées polaires r=p/(1+ecosθ). O n donnera les dimensions de P et e.
2°/ La conique décrite par  le point matériel est une ellipse (0<e<1). L'origine du vecteur position r ⃗ en coordonnées polaires est situé sur l'un des foyers.
a)Donner l'équation de la trajectoire en cordonnées cartésiennes
b)Donner les composantes radiale et orthoradiale de la vitesse en fonction de P,e φ et de la constante des aires C. Exprimer l'accélération radiale en fonction de φ,P et C. Calculer le rayon de courbure au point où r est maximum et au point où r est minimum

Posté par
krinn Correcteur
re : cinématique et conique 04-04-13 à 19:27

bonsoir,

1) c'est du cours: mouvement à force central - équations de Binet

cf

Posté par
sami
re : cinématique et conique 04-04-13 à 19:40

Mais si on suppose qu'on est en cinématique où la notion de force n'intervient pas, est ce qu'on peut parler de force

Posté par
krinn Correcteur
re : cinématique et conique 04-04-13 à 21:23

1) pour la trajectoire plane: tu démontres que d/dt(OM ^ V) = 0
ensuite tu utilises les formules de Binet

Posté par
sami
re : cinématique et conique 04-04-13 à 22:18

J'arrive pas à démontrer ce résultat je dois poser OM =rer ou bien

Posté par
krinn Correcteur
re : cinématique et conique 04-04-13 à 22:27


sais-tu dériver un produit vectoriel ?

d(A^B)/dt = dA/dt ^ B + A ^ dB/dt

donc d/dt(OM ^ V) = d/dt(OM) ^ V + ...

A, B, OM, V étant ici des vecteurs

Posté par
sami
re : cinématique et conique 04-04-13 à 22:51

d/dt(OM ^ V)= V ^ V + OM ^ γ =0 car V et V sont colinéaire de même OM et γ  
Mais que représente le produit vectoriel OM ^ V

Posté par
krinn Correcteur
re : cinématique et conique 04-04-13 à 23:00


normalement, on démontre que O (moment cinétique par rapport à O) est constant,

O = OM ^ mV

et on en déduit que V est tjs orthogonal à O qui est fixe donc que le mvt est plan

mais si tu ne veux pas évoquer les notions usuelles de mécanique, tu arrives au meme résultat en démontrant que R = OM ^ V est fixe
donc que le mvt est plan

Posté par
sami
re : cinématique et conique 04-04-13 à 23:11

OK MERCI BEAUCOUP, pour la nature de la trajectoire j'ai compris comment l'obtenir à partir du formule de Binet mais on a utilisé RFD et la aussi je ne peux pas introduire la notion de force y a t-il autre solution?

Posté par
krinn Correcteur
re : cinématique et conique 04-04-13 à 23:30


a) tu démontres d'abord la loi des aires en écrivant que l'accélération tangentielle est nulle: r2' = C
b) tu démontres ensuite les formules de Binet qui exprime V et en fonction de u() = 1/r
cf

tu en déduis l'équation de la trajectoire

(ce ne sont que des résultats de cinématique si je ne m'abuse)

Posté par
PerArGal
re : cinématique et conique 04-04-13 à 23:48

Bonsoir

Pour démontrer que le mvt est plan

OM ⃗ ⃗ = 0⃗  (O origine du repère; M le point matériel en question, produit vectoriel)

ceci parce que OM⃗ et ⃗ sont par hypothèse dans le mêm plan

Par ailleurs

d(OM⃗ v⃗)/dt = v⃗v⃗  + OM⃗ ⃗ (propiété produit vectoriel)

donc d(OM⃗ v⃗)/dt = 0⃗, OM⃗ v⃗ est constant, en particulier en direction

ur⃗ et v⃗ restent dans le même plan à chaque instant ...

Posté par
PerArGal
re : cinématique et conique 04-04-13 à 23:50

Le temps de batailler avec l"éditeur et les choses ont bien avancé ... de quoi je me mêle, je me demande ...

Posté par
sami
re : cinématique et conique 05-04-13 à 18:06

Pour l'équation de la trajectoire on aura x²/a²+y²/b²=1 mais comment faire pour pour obtenir a et b en fonction de p et e

Posté par
PerArGal
re : cinématique et conique 05-04-13 à 22:24

Euh ...

Tu dois connaître ou avoir un formulaire pour passer des coordonnées sphériques aux coordonnées cartésiennes:

Dans le cas présent, tu peux fixer = 0 (mvt plan)

Alors OM⃗  = r.ur⃗  = r(cos.k⃗  + sin.i⃗ )  (=0, plan = xOz)

Tu connais r ... donc tu trouves les coordonnées (x,y) de M dans le repère (0,i⃗,k⃗)

Je pense qu'alors a et b t'apparaitront ...

PS: j'en profite pour revenir sur la constante des aires. Lorsque que tu exprimes le produit vectoriel OM⃗v⃗ (dont on a démontré qu'il était constant) en fonction des coordonnées de M (r,,) tu trouves r2 d/dt = Cste

Posté par
sami
re : cinématique et conique 05-04-13 à 22:58

Est ce que vous être plus précis pour le indications:je ne vois pas de piste pour le moment

Posté par
krinn Correcteur
re : cinématique et conique 05-04-13 à 23:06

bonsoir,

dans quel repère cartésien te demande-t-on l'équation de l'ellipse? (quelle origine, quels axes?)

Posté par
sami
re : cinématique et conique 05-04-13 à 23:33

Je pense que l'équation de l'ellipse c'est dans le repère (O,i,j) sinon on ne nous dit pas que l'origine du vecteur position r en coordonnées polaires est situé sur l'un des foyers

Posté par
PerArGal
re : cinématique et conique 06-04-13 à 07:48

Bonjour

Dans un repère cartésien quelconque, les coordonnées sphériques (r,,) sont "conventionnellement" représentées par le petit dessin ci dessous.

Dans l'exercice, dans un repère (O, i⃗,j ⃗,k ⃗), un point M tel que OM ⃗ = r ⃗ suit le mouvement dont l'accélération est donnée, ce qui a permis de décrire également la trajectoire (au passage, pour arriver à l'équation proposée dans l'énoncé, on a fait le choix de fixer =0 à t=0).

On peut même en déduire que O est le foyer de la conique.

Le mouvement étant plan d(u ⃗)/dt = 0 ⃗ on fait le choix de fixer (en faisant tourner si nécessaire le repère cartésien le long de Oz) afin de trouver une équation canonique de la conique.

Ensuite, pour répondre à la question précision de Sami,

OM⃗  = r.ur⃗  = r(cos.k⃗  + sin.i⃗ )

Donc dans le repère (O,i⃗,j⃗,k⃗) les coordonnées (x,y,z) du point M sont:

x = r.sin
y = 0
z = r.cos

Est ce un peu plus clair?

cinématique et conique

Posté par
PerArGal
re : cinématique et conique 06-04-13 à 08:17

PS: J'oublais ...

A ce stade, l'origine du repère est un foyer. Dans l'équation de type X2/a2 + Y2/b2 ... l'origine est le centre de symétrie. En développant dans l'exercice l'expression x2 + z2 = [p/(1+ecosθ)]2, on sera amené à le faire ...

Posté par
krinn Correcteur
re : cinématique et conique 06-04-13 à 10:03

bonjour,

donc le repère cartésien est R(O,x,y), avec O foyer de l'ellipse: (cf figure)

il y a 2 façons de procéder:

a) tu écris que l'ellipse a pour équation: (x+c)2 / a2 + y2/b2 = 1
et tu calcules a, b et c en fct de e et p

b) ou, comme le propose PerArGal, tu pars de l'eq. paramétrique:

x = r cos
y = r sin

et tu élimines


à toi de choisir

cinématique et conique

Posté par
PerArGal
re : cinématique et conique 06-04-13 à 10:27

@krinn

Mais une question me taraude soudain en regardant ce très beau schéma ...

Question 1:

Citation :
la trajectoire est une conique


Se contente t on de dire que l'on reconnait l'équation ploaire d'une conique, on bien bien doit on démontrer que cette équation conduit à d(O,M)/d(M,) = e  (où , est une droite) qui est une définition de conique. Cela déblaie alors largement le 2)a)

Posté par
krinn Correcteur
re : cinématique et conique 06-04-13 à 11:32

@PerArGal

c'est vrai qu'on lui a déjà fait redémontrer la loi des aires et les formules de Binet, alors pourquoi pas aussi que r = p/(1+e cosO) est bien l'équation polaire d'une conique
mais bon, on est samedi, c'est le week-end, je propose donc de demander au web de le démontrer:
cf

Posté par
PerArGal
re : cinématique et conique 06-04-13 à 11:43

C'est pas mâché, mais c'est mouliné fin ...

@Sami, à toi de jouer!

Sans aucun "paternalisme" de ma part: je crois important de bien "dominer" cet exercie (un classique en colle) qui fait référence à des théorèmes courants et utilise des outils courants de l'analyse vectorielle, représentation dans l'espace et dérivation ... n'hésite pas à poser des questions et y conscrer du temps pour pouvoir le rejouer de manière "fluide".



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