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Niveau terminale
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Intégration accélération

Posté par
KaleoPhysi
24-05-17 à 17:10

Bonjour, ceci est mon premier post,
Dans le cadre du Projet Interdisciplinaire de terminale j'ai utilisé l'accéléromètre d'une manette de Wii que j'ai fixé à une raquette de tennis avec l'objectif d'obtenir la  vitesse de la raquette. J'ai donc récupéré ces valeurs grâce à un algo sur excel, on obtient donc l'accélération de la raquette en g que j'ai converti en m/s^2 pour pouvoir intégrer. La intervient le problème, je ne sais pas comment intégrer l'accélération pour avoir la vitesse, sachant que mon coup est un service et qu'il n'est ni rectiligne ni circulaire uniforme...
Merci de votre aide

Posté par
Blagueur
re : Intégration accélération 24-05-17 à 19:52

Salutations,
Un exercice intéressant pour réviser la physique^^!

Vous savez que l'accélération correspond à la variation de vitesse. Donc à partir d'une vitesse initiale, de la valeur de l'accélération, et de la durée de l'accélération, vous connaissez la vitesse à l'instant considéré :
v=v0 + at      
avec v0, la vitesse initiale, a, l'accélération et t, la durée de l'accélération.
Ici, v0=0 m/s, car elle correspond à la vitesse avant la frappe.
Il ne manque plus que la durée de votre mouvement.

Posté par
vanoise
re : Intégration accélération 25-05-17 à 10:51

Bonjour
Je crois que KaleoPhysi a bien compris la complexité du problème en remarquant que le mouvement n'est "ni rectiligne ni circulaire uniforme". En revanche, la formule fournie par Blagueur ne s'applique pas ici.
Pour répondre précisément à la question, il faudrait savoir quelle est l'accélération mesurée. Le problème est très complexe : pour repérer dans un repère terrestre une raquette de tennis, il faut connaître 6 paramètres de position ; par exemple : les 3 coordonnées (x,y,z) du centre d'inertie et 3 angles pour préciser l'orientation de la raquette autour de ce point.
Si j'ai bien compris, la manette possède seulement trois accéléromètres mais le mouvement de la raquette n'est pas enregistré avec précision : le mouvement est pour l'essentiel reconstitué par simulation logicielle. Pour s'en convaincre, il suffit de servir au tennis par un simple mouvement de poignet : on obtient en général un bien meilleur service qu'en manipulant la manette comme une véritable raquette.
Essaie de comprendre quel est exactement l'accélération que tu as enregistrée.

Posté par
KaleoPhysi
re : Intégration accélération 25-05-17 à 15:48

Tout d'abord merci de vos deux réponses,
J'avais déjà trouvé la formule proposée par Blagueur mais il me semblait que celle ci n'était valable que lors d'un mouvement rectiligne uniforme, cependant est-ce qu'elle peut être juste si je l'utilise comme une approximation ?
Ensuite, pour répondre à vanoise, l'accéléromètre de la Wii ne mesure effectivement que l'accélération sur les trois axes  mais ne prend pas en compte la rotation du joueur et donc les angles dont vous parlez. Pour trouver ces angles on a utilisé un gyroscope électronique, mais ça c'est un camarade qui s'en charge...
J'aimerai toutefois avoir une approximation de ma vitesse avec les valeurs que je récupère de l'accélération, quelle formule je peux utiliser ? On m'avait évoqué la formule d'Euler est-ce qu'elle marche ?

Posté par
vanoise
re : Intégration accélération 25-05-17 à 16:27

Tu peux obtenir un ordre de grandeur très grossier en supposant que l'accélération que tu as mesurée est essentiellement la composante tangentielle, ce qui suppose un mouvement curviligne "pas trop éloigné" d'un mouvement rectiligne. Tu vois : tout cela n'est pas trop rigoureux...
Je suppose donc qu'en grossière approximation, il  est possible de poser a=f(t)=dv/dt.
Alors : v=F(t) ou F est une primitive de f. Le logiciel de la wii contient des programmes informatiques qui réalisent cette intégration. En pratique, tu peux rentrer dans un tableur (LibreOffice, Excel...) les points expérimentaux correspondant aux valeurs de a à différentes dates t. En cliquant sur les points obtenus dans le graphe, tu sélectionnes "courbe de tendance" en choisissant polynôme de degré 3 ou 4 et coefficient de corrélation. Dans l'exemple fourni, (valeurs choisies totalement au hasard, rien à voir avec la wii...)  les points expérimentaux sont très proches de la courbe d'équation :

f(t)=2,398.10^{7}.t^{3}-1.913.10^{6}.t^{2}+1,79.10^{4}.t-0,9091
Une primitive de f par rapport à t est :

v=F(t)=\frac{1}{4}.2,398.10^{7}.t^{4}-\frac{1}{3}.1.913.10^{6}.t^{3}+\frac{1}{2}.1,79.10^{4}.t^{2}-0,9091.t+K

où K est une constante qui peut être calculée à condition de connaître une valeur de v à une date t donnée, par exemple la valeur de v à t=0...

Intégration accélération

Posté par
dirac
re : Intégration accélération 25-05-17 à 16:42

Hello

Le geste de service est intéressant car il n'est pas inutilement compliqué (c'est un excellent exemple de loi de composition des vitesses ). Mais bon c'est sans doute un autre sujet.

Puis je proposer ceci:

Supposons que tu mesures l'accélération en "fin de geste" c'est à dire bras tendu. Et que tu as placé l'accéléromètre au centre du tamis. On pourrait confondre le mouvement de ce point à un mouvement circulaire uniforme de centre l'épaule du serveur (que l'on va supposer fixe) et de rayon le bras du joueur + la distance de la main au centre du tamis.

On c'est donc placé dans les conditions où  

{\displaystyle {\vec {\gamma }} = -r{\dot {\theta }}^{2}\right)\,{\vec {u}}_{r}

Donc      v = \sqrt{r.\gamma}

ça c'est pour le modèle.  Ensuite ce pose la question de la qualité de la mesure dans le contexte d'un tel modèle (c'est une des difficulté que mentionne Vanoise dans son premier message). Mais je ne suis pas très branché Wii  ...

Posté par
vanoise
re : Intégration accélération 25-05-17 à 16:44

Dans l'expression de f(t), j'ai permuté le 9 et le 8 dans la valeur du coefficient de t3... Cela ne change rien à l'explication...

Posté par
KaleoPhysi
re : Intégration accélération 25-05-17 à 18:34

Merci de vos réponses, je pensais pas qu'elles allaient être si rapides et constructives !
Je me lance dans les calculs, je vous tiens au courant.

Posté par
dirac
re : Intégration accélération 25-05-17 à 19:02

Pour réflexion  

Je suis curieux de savoir quelles valeurs numériques tu obtiens pour l'accélération.

Posté par
KaleoPhysi
re : Intégration accélération 25-05-17 à 19:18

Ah oui bien sûr je t'envoie les valeurs que j'ai trouvé ci-dessous

Intégration accélération

Posté par
KaleoPhysi
re : Intégration accélération 25-05-17 à 19:20

Voici la suite

Intégration accélération

Posté par
dirac
re : Intégration accélération 25-05-17 à 19:34

Très intéressant!

A quel moment se situe l'impact? Je suppose qu'il n'y en a pas eu de réel.

Posté par
KaleoPhysi
re : Intégration accélération 25-05-17 à 19:59

Oui bien vu, c'était un coup d'essai sans impact...
Par contre j'ai une question pour pouvoir une accélération générale j'ai utilisé la formule racine de Ax^2+Ay^2+Az^2 mais ce la me donne une accélération toujours positive et supérieure à 9m/s^2 est-ce normal ?

Posté par
vanoise
re : Intégration accélération 25-05-17 à 20:12

Et la racine carrée de la somme des carrés...

Posté par
KaleoPhysi
re : Intégration accélération 25-05-17 à 20:49

Oui mais c'est ce que j'ai fait mais du coup en élevant au carré toutes mes accélérations sont positives ce qui va me donner un coup à une vitesse toujours croissante ce qui me paraît faux...

Posté par
vanoise
re : Intégration accélération 25-05-17 à 21:06

Complément à mon message précédent. De ce que j'ai compris des capteurs de la wii :
1° : la grandeur a=\sqrt{a_{x}^{2}+a_{y}^{2}+a_{z}^{2}} représente bien la norme du vecteur accélération du centre de la manette mesurée par rapport à la terre . C'est donc la valeur dont j'ai parlé dans mes premiers messages.
2° : attention : ax, ay et az représente les coordonnées du vecteur accélération par rapport à la terre dans une base liée à la manette. Pour être plus clair : il est possible d'écrire l'accélération par rapport à la terre du centre de la manette sous la forme :
\overrightarrow{a}=a_{x}.\overrightarrow{i}+a_{y}.\overrightarrow{j}+a_{z}.\overrightarrow{k} mais la base orthonormé \left(\overrightarrow{i},\overrightarrow{j},\overrightarrow{k}\right) n'est pas fixe par rapport à la terre mais liée à la manette. Sans connaître les trois angles dont j'ai déjà parlé qui permettrait de déterminer les expressions de ces trois vecteurs unitaires  dans un repère terrestre, impossible de déduire les trois composantes de la vitesse par intégration des trois expressions de ax, ay, az.
Bref : le problème, pour être résolu de façon rigoureuse suppose de connaître aussi à chaque instant les trois angles dont j'ai déjà parlé. Lorsque les 6 paramètres seront connus à chaque instant, il sera possible de reconstituer le mouvement de la raquette par rapport à la terre mais bonjour la trigo !



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