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Niveau maths sup
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Méca - Intégration d'une equation diff

Posté par
Erico-bichard
01-08-11 à 15:27

Bonjour à tous , je suis en train de faire un exo de méca où l'on s'intéresse à la chute verticale une sphère lâchée d'une hauteur h , que l'on prend pour origine . Lors de sa chute l'objet est soumis à une force \vec{F} = -k\vec v , et est lâchée sans vitesse initiale. Lors du PFD , j'obtiens une equation diff du type :

\frac{dv_z}{dt} + \frac{kv_z}{m} = g

La solution que je trouve est alors v_z(t) = \frac{mg}{k} \times ( 1 - e^-\frac{kt}{m} ) , cependant on m'a appris de résoudre ces equa diff par intégration entre 0 et t et moi j'ai utilisé pour cela l'expression générale d'une solution . Voici mon problème , comment intégrer entre 0 et t , sachant que v_z(0)=0. Merci d'avance .

Posté par
J-P
re : Méca - Intégration d'une equation diff 01-08-11 à 18:51

mg - kv = m dv/dt

dv/dt + (k/m)v = g
-----
La manière "classique" de résoudre ce type d'équation est bien  de :

a) Chercher LES solutions de l'équation dite "sans second membre", soit ici les solutions de dv/dt + (k/m)v = 0
b) Chercher une solution particulière de l'équation "avec second membre", soit de dv/dt + (k/m)v = g
c) écrire les solutions générales de l'équation "avec second membre" en sommant les solutions trouvées en a et en b.
d) trouver la ou les valeurs des constantes d'intégration par les conditions initiales.
-----


Solution de dv/dt + (k/m)v = 0 :
v = C.e^((-k/m)t)

Solution particulière de dv/dt + (k/m)v = g :
v = mg/k

Solutions générales de dv/dt + (k/m)v = g :
v(t) = mg/k + C.e^((-k/m)t)

Condition initiale : v(0) = 0 --> 0 = mg/k + C
C = -mg/k

Et donc finalement : v(t) = (mg/k) * (1 - C.e^((-k/m)t))

-----
Il n'y a pas de "bonne" raison de procéder autrement.

Posté par
Erico-bichard
re : Méca - Intégration d'une equation diff 01-08-11 à 20:01

Bonsoir , merci de votre réponse . Nous sommes d'accord ; c'est comme cela que j'ai procédé .  Mais je voulais savoir comment le faire par intégration , tel cela :

On considère l'equation différentielle suivante :

\frac{dv_z}{dt} + av_z = b

Tout d'abord , je résous l'équation homogène
C'est là que la "méthode" diffère . Notre prof nous as conseillé de résoudre par intégration en écrivant :

 \\ 
 \\ \frac{dv_z}{dt} + av_z = 0
 \\ \frac{dv_z}{v_z} = -adt
 \\ 
 \\ \int_0^{t} \frac{dv_z}{v_z} =  \int_0^{t} -adt
 \\ 
 \\

Soit , au final : v_z(t)=v_z(0)e^-at

Ensuite le reste de la démarche est similaire .

Posté par
J-P
re : Méca - Intégration d'une equation diff 02-08-11 à 11:28

Toujours faire comme le prof préfère même si il a tort ...  

Je ne suis pas prof, mais si tu avais écris la résolution comme dans ton précédent message, cela m'aurait fait tiquer.

Je suis très mal à l'aise (pour le second membre) d'intégrer avec t comme variable ... et avoir des bornes d'intégration dépendant de ce même t.

Et pour le membre de gauche, la variable d'intégration est vz (puisque on a dvz) ... et donc le membre de gauche donne ln|vz| ... avec une des bornes d'intégration étant t ...
Oui mais comme t n'apparaît pas dans l'écriture  ln|vz|, comment y appliques-tu les bornes d'intégration ?

C'est peut-être quelque chose qui se fait ... mais moi je ne le ferai jamais.  

Atends qu'un prof passe par ici, il aura peut être les "bonnes" explications.

Posté par
Erico-bichard
re : Méca - Intégration d'une equation diff 02-08-11 à 13:07

Imprécision de ma part :

\frac{dv_z}{v_z}=\frac{dv_z}{dt}\frac{1}{v_z(t)} {dt}

Si je pose ; u(t)=v_z(t)
J'ai \frac{dv_z}{v_z}={u(t)}{u'(t)}{dt} et là je peux intégrer .
Oui en effet , c'est troublant la 1ère fois qu'on ait le temps dans les bornes sachant que c'est la variable d'intégration . Mais on utilise aussi ce procédé en chimie pour les vitesses de réactions .

Posté par
Erico-bichard
re : Méca - Intégration d'une equation diff 02-08-11 à 13:09

Oups , \frac{dv_z}{v_z}=\frac{u'(t)}{u(t)} {dt}

Posté par
J-P
re : Méca - Intégration d'une equation diff 02-08-11 à 13:58

Tant qu'à faire utiliser l'A.N.S.

dvz/dt + a.vz = 0

est une équation à variables séparables :

dvz/vz = - a.dt

et par intégration on a directement : ln|k.vz|= -a.t

vz = C.e^(-at)

Mais tous les chemins mènent à Rome, des directs et de plus tortueux.

Posté par
Erico-bichard
re : Méca - Intégration d'une equation diff 04-08-11 à 21:47

Nous sommes d'accord , merci du coup de main



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