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Force de rappel

Posté par
mwa1
01-05-12 à 16:40

Bonjour,

J'étudie le mouvement d'un pendule élastique horizontal (masse + ressort parfait) et, pour la force de rappel, j'ai 2 formules differentes :

F = -k.x    et    F = k.|x|

Quelle est la difference ?  
La 1ère  donne une valeur algebrique à laquelle on greffe le vecteur unitaire et la deuxième donne la norme, c'est ça ?

Posté par
bibe
re : Force de rappel 01-05-12 à 16:59

Bonjour,

Oui voilà, la deuxième formule donne la norme de la force de rappel alors que la première est bien l'expression vectorielle de la force de rappel (en mettant la flèche au dessus de F et en y ajoutant le vecteur unitaire comme tu l'as dit). Le - signifie que c'est une force attractive, donc on s'arrange pour avoir ce signe moins en plaçant le vecteur unitaire dans un sens ou dans l'autre.

Posté par
mwa1
re : Force de rappel 01-05-12 à 17:55

Ok, merci
Autre question, pourquoi je peux pas trouver l'équation de la trajectoire avec la méthode classique en intégrant   \overrightarrow{a}   en fonction du temps ?
Mon bouquin parle "d'équation differentielle", ça dit :

\frac{d^2x}{dt^2} + \frac{k.x}{m} =0    mais c'est juste une autre façon d'écrire  "a + (-a) = 0"  si je ne m'abuse, alors à quoi ça mène tout ça ?

Posté par
bibe
re : Force de rappel 01-05-12 à 18:27

On part simplement du fait que l'on a: \vec{F}=m.\vec{a_{M/R}}    avec aM/R: l'accélération du point M (la masse au bout du ressort) dans le référentiel R.

On a un problème unidimensionnel donc on va ne travailler que suivant l'axe x par exemple:

F=m.\ddot x      On enlève la notation vectorielle car on est que suivant un seul axe et que tous les vecteurs que l'on utilise dans cette relation sont suivants cet axe.

-k.x=m.\ddot x

m.\ddot x + k.x=0

En divisant tout par m (car m0), on a:

\ddot x + \frac{k}{m}.x=0

Que l'on peut également écrire: \frac{d^2x}{dt^2} + \frac{k}{m}.x=0   le   \ddot x   est la dérivée seconde par rapport au temps.
C'est bien ce que tu appelles "la méthode classique en intégrant a". Le bouquin parle d'équation différentielle car cette équation fait intervenir la fonction x et sa dérivée dans la même équation, c'est une équation différentielle du deuxième ordre car on a la dérivée seconde.

Je ne vois pas trop ce que tu veux faire avec ton "a+(-a)=0" ^^

Posté par
bibe
re : Force de rappel 01-05-12 à 18:28

Ah et tant que j'y suis, pour avoir la fonction x(t), il te faudra résoudre cette équation différentielle, si tu veux avoir la position de ton point M au cours du temps.

Posté par
mwa1
re : Force de rappel 01-05-12 à 20:13

De toute façon si je la résous pas elle me sert à rien, si ?  Donc avant de continuer je dois apprendre à résoudre des équations differentielles...

Et pour l'équation de la trajectoire je fais comment ?

Posté par
bibe
re : Force de rappel 01-05-12 à 20:21

Tu peux avoir, sans résoudre l'équation différentielle, la période d'oscillation To de l'oscillateur en comparant l'équation à : \ddot x + \omega _0^2.x =0. Il en résulte que \omega _0^2=\frac{k}{m}

Or \omega _0=2\pi .\frac{1}{T_0}

Donc:  \frac{4\pi ^2}{T_0^2}=\frac{k}{m}

<=> T_0=\sqrt{\frac{4\pi ^2.m}{k}}=2\pi \sqrt{\frac{m}{k}}

Tu es en quelle classe? La résolution d'équation différentielle linéaire du 2nd ordre n'est pas forcément abordé au lycée.

Quand tu parles de l'équation de la trajectoire tu veux dire avoir la fonction y(x)=......? Le "problème" c'est que le mouvement ne se passe que suivant l'axe x:

Citation :
le mouvement d'un pendule élastique horizontal (masse + ressort parfait)
il n'y a donc pas de mouvement suivant les autres directions, on ne peut avoir que la fonction x(t).

Posté par
mwa1
re : Force de rappel 01-05-12 à 21:06

Citation :
Quand tu parles de l'équation de la trajectoire tu veux dire avoir la fonction y(x)=......? Le "problème" c'est que le mouvement ne se passe que suivant l'axe x:
Citation :
le mouvement d'un pendule élastique horizontal (masse + ressort parfait)
il n'y a donc pas de mouvement suivant les autres directions, on ne peut avoir que la fonction x(t).


Ah ben oui, j'ai pas réléchit...

Citation :
Tu es en quelle classe? La résolution d'équation différentielle linéaire du 2nd ordre n'est pas forcément abordé au lycée.


je suis en DAEU... je crois que j'ai pas le niveau pour la résoudre.  

Sinon dans mon cours, ça dit : " x = Xm.sin(\omega t+\phi)  ¨ou   x = Xm.cos(\omega t+\phi) "    hum... la quelle choisir ?

Aussi, je comprends ce que sont la periode et la fréquence, mais c'est quoi la pulsation ? Et la phase ?
Et puis quelle est la difference avec pulsation propre, fréquence propre, periode propre et phase à l'origine ?   (en mode moulin à question... )

Posté par
bibe
re : Force de rappel 01-05-12 à 21:26

Si tu veux, je peux te "montrer" comment résoudre ces équations mais il faut apprendre quelques cas différents.

Sinon, x=Xm.sin(\omega t +\Phi)   et    x=Xm.cos(\omega t + \Phi)    sont la même chose. On a une sinusoïde (sinus ou cosinus) d'amplitude Xm, donc le terme Xm ne sert qu'à donner l'amplitude des oscillations. Pourquoi je dis un sinus ou un cosinus? Parce que si tu regardes ton cercle trigonométrique ou que tu traces sin(t) et cos(t) tu verras que le cosinus et le sinus sont simplement déphasé de 90° soit /2 radians.

En changeant la valeur de la phase à l'origine, on aura soit un sinus qui pourra ressembler à un cosinus ou un cosinus qui ressemblera à un sinus.

Je te renvoies vers un autre sujet posté où J-P explique ce qu'est la phase à l'origine: Oscillateur Harmonique( phase à l'origine)    la maison est un lien.

Sinon la pulsation est une vitesse de rotation (fréquence angulaire), mais le plus important est de retenir la formule : \omega =2\pi f=\frac{2\pi}{T}    car la fréquence est l'inverse de la période.

Pour la phase, je te laisse regarder sur Wikipedia :

Je suis désolé de te renvoyer vers des liens à chaque fois mais j'ai du mal à trouver les mots pour expliquer ces notions donc je préfère te renvoyer vers une définition plus ou moins compréhensible ^^

La fréquence propre est la fréquence à laquelle ton pendule (car un ressort avec une masse au bout est un pendule) va osciller s'il n'y a pas de frottements et si on ne l'excite pas (on ne rajoute pas un moteur ou quoique ce soit pour le faire osciller). Donc si le pendule est totalement libre de bouger comme il veut, il oscillera à la fréquence fo ce qui nous donne la période To d'oscillations et on en déduit par la formule de tout à l'heure la pulsation propre.

Je ne pense pas avoir réussi à répondre à toutes tes questions mais si n'hésites pas à redemander, je chercherai des réponses plus satisfaisantes.

Posté par
mwa1
re : Force de rappel 01-05-12 à 22:32

Citation :
Je ne pense pas avoir réussi à répondre à toutes tes questions mais si n'hésites pas à redemander, je chercherai des réponses plus satisfaisantes.


Si, je pense avoir compris dans l'ensemble, mais je suis pas sûr pour la pulsation.
D'après la formule  \omega = \frac{2\pi}{T} ,  je dirais que ça correspond au mouvement à chaque periode. Ca dit juste "on fait une oscillation par periode" c'est ça ?

La pulsation d'un mouvement "tangentoïdal"     serait-elle donc   \frac{\pi}{T}  ?

Posté par
bibe
re : Force de rappel 01-05-12 à 22:35

Oui pour l'oscillation par période mais pour ta pulsation d'un mouvement tangentoïdal, je n'en sais rien, je n'ai jamais rencontré un cas comme ça ^^

Posté par
mwa1
re : Force de rappel 01-05-12 à 22:54

Ok merci, pour ton aide.
Je reposterai probablement sur ce topic si je rencontre un autre problème durant mon étude des systèmes oscillants.

A+



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