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Oscillateur mécanique.

Posté par
kamikaz
07-03-21 à 09:52

Bonjour,

Merci d'avance.

Au cours d'une séance de travaux pratiques, votre professeur réalise avec vous l'expérience de la figure ci-dessous pour montrer la conservation de l'énergie mécanique.

Le pendule élastique est constitué par un solide (S) de masse m 0,2 kg , soudé à l'une des extrémités d'un ressort (R) à spires non jointives de masse négligeable et de constante de raideur k, l'autre extrémité étant attachée à un support fixe.

A partir du point O , le solide (S) est écarté vers un point A d'abscisse x_{A}, et a la date t = 0 s , (S) est abandonné à lui-même sans vitesse initiale.

Oscillateur mécanique.

Au cours de son mouvement le solide (S) se déplace sans frottement et son centre dinerie G est repéré par l'élongation OG= x(t).

À l'équilibre le centre d'inertie de (S) coincide avec le point O , origine de l'axe orienté (x' ; x). L'enregistrement des
variations de l'élongation x au cours du temps est représenté par l'oscillogramme
ci-dessous.

Oscillateur mécanique.

\text{1 division} \iff \text{1 cm en ordonnées} et \text{1 division} \iff \dfrac{\pi}{4}~s ~\text{en abscisse.}

1) Donne les caractéristiques générales d'un oscillateur mécanique.

2) Déduis de l'oscillogramme :

2.1) l'amplitude des oscillations ;

2.2) la période propre des oscillations.

3. Écris la loi horaire du mouvement du solide.

4. Montre que l'énergie mécanique est constante.

Réponses

1) Les caractéristiques générales d'un oxillateur mécanique sont :

L'amplitude maximale ;

La pulsation propre du ressort ;

La phase a l'origine ;

La periode propre.

2-1) On compte quatre divisions.

Xm=4 cm.

Donc Xm= 4.10-2m.

2-2) On compte 10 divisions.

\text{1 division} \iff \dfrac{\pi}{4}s \text{en abscisse.} \\  \\ \text{10 divisions} \iff \dfrac{5\pi}{2}s

3) L'équation horaire du mouvement de ce solide est donnée par :
x(t)=X_m \sin(\omega_{0}t+\varphi)

Car sa courbe est celle d'une fonction sinusoïdale impaire. (Sinus)

Xm= 4.10-2 m

\omega_{0}=\dfrac{2\pi}{T_{0}}=0,8~rad/s car T_{0}=\dfrac{5\pi}{2}~s

D'où x(t)=4.10^{-2}\sin(0,8t+\varphi)

Posté par
gts2
re : Oxillateur mécanique. 07-03-21 à 09:59

Citation :
2-2) On compte 10 divisions.

Où voyez-vous 10 divisions ?

Citation :
Car sa courbe est celle d'une fonction sinusoïdale impaire. (Sinus)

Oui, donc x(t)=X_m \sin(\omega_0 t) , sans : vous dites vous-même que c'est un sinus.

Posté par
kamikaz
re : Oxillateur mécanique. 07-03-21 à 10:05

C'est 2 divisions ?

Moi j'ai compris les petits traits verticaux..

Posté par
kamikaz
re : Oxillateur mécanique. 07-03-21 à 10:07

Citation :
Oui, donc x(t)=X_m \sin(\omega_0 t) , sans : vous dites vous-même que c'est un sinus


C'est faux ?

Comment est-ce que je devrais faire ?

Posté par
kamikaz
re : Oxillateur mécanique. 07-03-21 à 10:08

Comment sans \varphi

Posté par
gts2
re : Oxillateur mécanique. 07-03-21 à 10:41

Vous dites que c'est un sinus, ce qui exact ; pourquoi ajouter vous un ?

Autre solution, vous dites que c'est de façon générale une fonction sinusoïdale x(t)=X_m \sin(\omega_{0}t+\varphi) et de la même manière que vous avez déterminé et Xm, vous déterminez en prenant un point particulier, le plus simple étant en t=0.

Mais la solution la plus simple, c'est celle que vous avez prise :  c'est une fonction sinusoïdale impaire, donc un sinus et par définition, la fonction sinus est la fonction x  -> sin(x).  

Citation :
Moi j'ai compris les petits traits verticaux.

La division concerne les grands traits (les petits sont appelés subdivisions)
Mais une période n'occupe pas 10 petits intervalles, mais combien ? Autrement dit quelle est la définition d'une période ?

Posté par
kamikaz
re : Oxillateur mécanique. 07-03-21 à 14:39

D'accord

Posté par
kamikaz
re : Oxillateur mécanique. 07-03-21 à 17:36

La période est le temps mis par l'oxillateur à revenir à sa position initiale.

Posté par
kamikaz
re : Oxillateur mécanique. 07-03-21 à 17:43

Citation :
Vous dites que c'est un sinus, ce qui exact ; pourquoi ajouter vous un ?


Je ne comprenais pas pourquoi je ne devrais pas ajouter \varphi, maintenant je crois que oui. La courbe représentative du système indique que la phase à l'origine \varphi=0 (au point O).

2-2) On compte 2 divisions.

\text{1 division} \iff \dfrac{\pi}{4}~s~ \text{en abscisse.}
 \\ 
 \\ \text{2 divisions} \iff \dfrac{\pi}{2}~s

3) L'équation horaire du mouvement de ce solide est donnée par :
x(t)=X_m \sin(\omega_{0}t)

Car sa courbe est celle d'une fonction sinusoïdale impaire. (Sinus)

Xm= 4.10-2 m

\omega_{0}=\dfrac{2\pi}{T_{0}}=4~rad/s car T_{0}=\dfrac{\pi}{2}~s

D'où x(t)=4.10^{-2}\sin(4t)

Posté par
gts2
re : Oxillateur mécanique. 07-03-21 à 17:46

Ce n'est pas vraiment la définition d'une période, la définition d'une période fait intervenir un point quelconque, en prenant votre vocabulaire :
"La période est le temps mis par l'oscillateur pour revenir à un point quelque soit ce point".

Posté par
kamikaz
re : Oxillateur mécanique. 07-03-21 à 18:22

Ok , alors ce que j'ai fait à 17 h 43 est bon ?

Posté par
gts2
re : Oxillateur mécanique. 07-03-21 à 18:45

Pas vraiment, l'oscillateur passe bien en 0 à t=0 et deux divisions plus tard, mais j'ai déjà indiqué que ce n'était pas la définition de la période, cela doit marcher pour tous les points.
Si vous prenez le passage au maximum (à t=1div), le point ne repasse pas au maximum à t=1+2=3 div, doc 2 div n'est pas la période.
Donc ici la période est ?

Posté par
kamikaz
re : Oxillateur mécanique. 07-03-21 à 20:39

La période est donc 5.

Posté par
kamikaz
re : Oxillateur mécanique. 07-03-21 à 20:40

Oups c'est 4.

Posté par
gts2
re : Oxillateur mécanique. 07-03-21 à 20:41

Comment arrivez-vous à trouver 5 ?
Indiquez un point dont l'état est le même à t et t+5 div.

Posté par
gts2
re : Oxillateur mécanique. 07-03-21 à 20:43

OK pour 4 div donc T= s.

Posté par
kamikaz
re : Oxillateur mécanique. 07-03-21 à 21:25

Oui donc \omega_{0}=2 ~rad/s

3) L'équation horaire du mouvement de ce solide est donnée par :
x(t)=X_m\sin(\omega_{0}t) puisque La courbe représentative du système indique que la phase à l'origine \varphi=0 (au point O).

x(t)=4.10^{-2}\sin(2t)

Posté par
gts2
re : Oxillateur mécanique. 07-03-21 à 22:44

Cela me parait correct.

Posté par
kamikaz
re : Oscillateur mécanique. 09-03-21 à 23:06

4) E_{m}=E_{C}+E_{P}=\dfrac{1}{2}mV²+\dfrac{1}{2}kx²

*E_{C}=\dfrac{1}{2}mV²

V= x' =X_{m}×\omega_{0} \cos(\omega_{0} t)

Donc E_{C}=\dfrac{1}{2}mV²=\dfrac{1}{2}m(X_{m}×\omega_{0}\cos(\omega t))²=\dfrac{1}{2}m×X_{m}²\omega_{0}²×\cos²(\omega_{0}t)

*E_{P}=\dfrac{1}{2}kx²

x=X_{m}\sin(\omega_{0}t)

E_{P}=\dfrac{1}{2}k[X_{m}\sin(\omega_{0}t)]²

E_{m}=\dfrac{1}{2}m×X_{m}²\omega_{0}²×\cos²(\omega_{0}t)+\dfrac{1}{2}k X_{m}²\sin²(\omega_{0}t)

\omega_{0}²=\dfrac{k}{m}

E_{m}=\dfrac{1}{2}m×X_{m}²\dfrac{k}{m}×\cos²(\omega_{0}t)+\dfrac{1}{2}k X_{m}²\sin²(\omega_{0}t)

E_{m}=\dfrac{1}{2}k×X_{m}²\cos²(2t)+\dfrac{1}{2}k X_{m}²\sin²(\omega_{0}t)=\dfrac{1}{2}kX_{m}²[cos²(2t)+sin²(2t)]=\dfrac{1}{2}kX_{m}²

k et Xm étant constante , E_{m}=\dfrac{1}{2}kX_{m}²=\text{constante}

Posté par
gts2
re : Oscillateur mécanique. 10-03-21 à 06:21

Rien à dire : bien.

Posté par
kamikaz
re : Oscillateur mécanique. 10-03-21 à 07:08



Merci



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