Inscription / Connexion Nouveau Sujet
Niveau maths spé
Partager :

Evaluer un ordre de grandeur de vitesse

Posté par
mariemation
16-03-19 à 16:28

Bonjour

comment peut-on évaluer l'ordre de grandeur de la vitesse  d'un mouvement oscillatoire rectiligne sachant sa fréquence (par exemple 4 va et vient par seconde) et son amplitude (Xm = 4 cm)?

J'ai pensé à v = Xm * 2 * pi * f , mais je n'obtient pas le bon résultat (qui est 30 m/s), d'ailleurs je ne trouve pas logique d'introduire 2 * pi dans l'expression puisque c'est un mvt rectiligne..

Merci d'avance.

Posté par
vanoise
re : Evaluer un ordre de grandeur de vitesse 16-03-19 à 17:40

Bonjour
Si :

x=X_{m}.\cos\left(\omega.t+\varphi\right)

v=-\omega.X_{m}.\sin\left(\omega.t+\varphi\right)

La vitesse varie donc entre \pm2\pi.f.X_{m}.

Si Xm=4cm et f=4Hz, la valeur maximale de la vitesse est d'environ 1m/s. Je ne vois pas comment l'ordre de grandeur (terme très vague dans ce contexte ) pourrait être 30 fois plus élevée que la valeur maximale ! Il aurait été plus précis de demander la valeur moyenne, calculée sur une période, de la norme du vecteur vitesse...

Posté par
mariemation
re : Evaluer un ordre de grandeur de vitesse 17-03-19 à 01:21

Je m'excuse, je me suis trompée en unité: v = 30 cm/s

pourquoi \omega = 2 \pi f ? normalement 2 \pi correspond à un tour, ici on a mvt rectiligne.

Merci pour votre réponse

Posté par
vanoise
re : Evaluer un ordre de grandeur de vitesse 17-03-19 à 14:32

Citation :
je me suis trompée en unité: v = 30 cm/s

Cela change tout ! Je crois bien que le concepteur de l'énoncé demande, comme je l'ai imaginé dans mon message précédent, la valeur moyenne, calculée sur une période, de la norme du vecteur vitesse. Je suppose que tu as étudié en cours de math, la notion de valeur moyenne de f(x) sur un intervalle [a,b] :

\left(f(x)\right)_{moyen}=\frac{1}{b-a}\cdot\int_{a}^{b}f(x)\cdot dx

J'assimile le mouvement vibratoire à un mouvement rectiligne sinusoïdal, d'où la relation entre pulsation et fréquence que j'ai utilisée. En adaptant la formule précédente de la valeur moyenne :

\left(|v|\right)_{moyen}=\frac{1}{T}\cdot\int_{0}^{T}|v|.dt=\frac{\omega.X_{m}}{T}\cdot\int_{0}^{T}|\sin\left(\omega.t+\varphi\right)|.dt

Puisque : \omega=2\pi.f=\frac{2\pi}{T} :

\left(|v|\right)_{moyen}=\frac{2\omega.X_{m}}{T}\cdot\int_{0}^{\frac{T}{2}}\sin\left(\omega.t+\varphi\right).dt

Je te laisse faire le calcul intégral. On obtient :

\left(|v|\right)_{moyen}=2\pi.f.X_{m}\cdot\frac{2}{\pi}=4f.X_{m}

Si on considère que « 4 va et vient par seconde » correspond à deux allés et deux retours (cela n'est pas très clair...), la fréquence vaut f= 2Hz, ce qui conduit à une valeur moyenne de la vitesse :

\left(|v|\right)_{moyen}\approx32cm/s

D'où l'ordre de grandeur proposé ; en effet, il n'est pas certain que le mouvement réel soit parfaitement sinusoïdal.



Mentions légales - Retrouvez cette page sur l'île de la physique - chimie
© digiSchool 2024

Vous devez être membre accéder à ce service...

Pas encore inscrit ?

1 compte par personne, multi-compte interdit !

Ou identifiez-vous :


Rester sur la page

Désolé, votre version d'Internet Explorer est plus que périmée ! Merci de le mettre à jour ou de télécharger Firefox ou Google Chrome pour utiliser le site. Votre ordinateur vous remerciera !