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Niveau maths sup
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Oscillateurs harmoniques

Posté par
aua
02-10-25 à 21:35

Bonjour, j'espère que vous allez tous très bien. J'aimerais solliciter votre aide pour comprendre un exercice. J'ai essayé de regarder la correction mais malgré cela je ne comprends pas trop. Merci d'avance pour le temps que vous m'accorderez.
Énoncé :
Maintenant, si l'on s'intéresse seulement à une roue et son amortisseur (sans tenir compte du système d'amortissement visqueux), on peux assimiler l'ensemble à deux ressorts (k1, l01) et
(k2, l02) en série. Déterminer les caractéristiques (ke, le0) du ressort équivalent. On note m la masse du véhicule appuyant sur l'ensemble des deux ressorts et A le point de masse
nulle entre les deux ressorts.
Oscillateurs harmoniques

Posté par
vanoise
re : Oscillateurs harmoniques 02-10-25 à 21:42

Bonsoir
Tu trouveras à l'aide du lien ci-dessous une démonstration de la raideur équivalente à deux ressorts de masses négligées associés en série, paragraphe 3. Pose ensuite des questions complémentaires si tu le juges utile.

Posté par
aua
re : Oscillateurs harmoniques 02-10-25 à 21:47

Bilan des forces de la solution :
Oscillateurs harmoniques
Les grandeurs relatives au ressort du haut (respectivement du bas) sont indicées par 1 (respectivement 2). On note \vec{u_{z}}
le vecteur unitaire de l'axe Oz. Sur la figure (S7.2) on n'a pas représenté le poids pour plus de clarté. Les forces s'exerçant sur la masse m sont : son poids m\vec{g} et
la tension \vec{T_{1}} = −k1(l1 − l01)
\vec{u_{ext.1}}. Les forces s'exerçant sur le point A sont les deux tensions \vec{T_{2}} = −k2(l2 − l02)
\vec{u_{ext.2}} et \vec{T'_{1}} = \vec{T_{1}} (les ressorts sont de masse négligeable).
Mon premier blocage se situe au niveau de la représentation de \vec{T_{1}}. Selon moi il devrait être orienté vers le haut car la masse tend à raccourcir le ressort.

Posté par
vanoise
re : Oscillateurs harmoniques 02-10-25 à 22:12

Une force caractérise l'action d'un corps 1 sur un corps 2. Sans ces deux précisions,il y a toujours ambiguïté. Tu as raison si T1 désigne l'action du ressort sur la masse.
Telle que les vecteurs sont représentés, T1 est l'action de la masse sur le ressort 1 et T'1 l'action du ressort 2 sur le ressort 1. L'application de la RFD à ce ressort de masse négligeable conduit à une somme vectorielle nulle de ces deux forces. Lis attentivement le document que je t'ai fourni.

Posté par
aua
re : Oscillateurs harmoniques 02-10-25 à 23:07

vanoise @ 02-10-2025 à 22:12

Lis attentivement le document que je t'ai fourni.
vanoise @ 02-10-2025 à 22:12


Je ne vois pas le document.
Oui d'après le document T1 est l'action du ressort sur la masse.
Donc en corrigeant on a ce schéma:
Oscillateurs harmoniques

Posté par
vanoise
re : Oscillateurs harmoniques 02-10-25 à 23:20

Pas vraiment. Il faut garder les vecteurs forces du schéma original fourni le  02-10-25 à 21:47 mais , quoi qu'en dise ton document, il est destiné à l'étude des ressorts, pas du mouvement de la masse.
Tu choisis d'abord comme système le ressort 1 seul. Son poids étant négligé, les deux forces extérieures sont comme je l'ai déjà écrit :
1° l'action T1 de la masse
2° l'action T'1 du ressort 2.
Ces deux forces ont les sens précisés sur le schéma du  02-10-25 à 21:47. Le principe fondamental de la dynamique appliqué à ce ressort 1 de masse négligeable conduit à ces deux vecteurs opposés.
T2 désigne l'action du ressort 1 sur le ressort 2. Ce vecteur est l'opposé de T'1 : principe des actions réciproques.
La suite est facile.

Posté par
aua
re : Oscillateurs harmoniques 02-10-25 à 23:27

T1/2 est l'action du ressort 1 sur 2 et T2/1 est l'action du ressort 2 sur 1.
La relation fondamentale appliquée à m en projection sur Oz :
m\ddot{z}= −k1(l1 − l01) − mg
et pour A (masse mA nulle) :
mA\ddot{z}A = 0 = k1(l1 − l01) − k2(l2 − l02)

Posté par
aua
re : Oscillateurs harmoniques 02-10-25 à 23:31

vanoise @ 02-10-2025 à 23:20

Pas vraiment. Il faut garder les vecteurs forces du schéma original fourni le  02-10-25 à 21:47 mais , quoi qu'en dise ton document, il est destiné à l'étude des ressorts, pas du mouvement de la masse.
Tu choisis d'abord comme système le ressort 1 seul
Nos messages se sont interceptés, je vais essayer de continuer dans ce cas.

Posté par
vanoise
re : Oscillateurs harmoniques 02-10-25 à 23:38

La masse de chacun des ressorts est négligée. Je me re-re-répète : le système d'abord étudié est le ressort n° 1 (celui du haut) et on s'intéresse uniquement aux deux forces exercées par l'extérieur sur ce ressort 1. Dans l'application du principe fondamental à ce ressort 1, il faut poser m1=0 ! Cela conduit immédiatement à T1 et T'1 : deux vecteur opposés donc de même norme.

Citation :
et pour A (masse mA nulle) :

Le résultat est immédiat en appliquant le principe des actions réciproques : aucun calcul à faire ! Je ne sais pas pourquoi certains étudiants (et même certains professeurs) sont réticents à utiliser ce principe : peut-être parce qu'il est trop simple : un résultat sans calcul apparaît parfois suspect !

Posté par
aua
re : Oscillateurs harmoniques 03-10-25 à 00:49

Pour le système ressort (1), en appliquant le RFD on a
T1=T2(1)=k2(l2-l02)
Pour le point A sans masse, on a : k2(l2-l02)=k1(l1-l01)
Sur le système masse m en appliquant le RFD on a : -mg-k1(l1-l01)=m\ddot{z} et comme ce sytème doit être équivalent à -mg-ke(le-l0e)=m\ddot{z}, puisque l2=\frac{k_{1}}{k_{2}}(l_{1}-l_{01})+l_{02}, alors on a :
-mg-k_{e} (l_{1}+\frac{k_{1}}{k_{2}}(l_{1}-l_{01})+l_{02}-l_{0e})=m\ddot{z}
-mg-k_{e} l_{1}(1+\frac{k_{1}}{k_{2}})-k_{e}(l_{02}+l_{0e}-\frac{k_{1}}{k_{2}}l_{01})=-mg-k_{1}l_{1}+k_{1}l_{01}

Et donc par identification on a : ke=k1k2/k1+k2

Posté par
aua
re : Oscillateurs harmoniques 03-10-25 à 00:53

aua @ 03-10-2025 à 00:49


-mg-k_{e} l_{1}(1+\frac{k_{1}}{k_{2}})-k_{e}(l_{02}-l_{0e}-\frac{k_{1}}{k_{2}}l_{01})=-mg-k_{1}l_{1}+k_{1}l_{01}

Posté par
aua
re : Oscillateurs harmoniques 03-10-25 à 00:58

On a de même:
k_{1} l_{01}=-k_{e}(l_{02}-l_{0e}-\frac{k_{1}}{k_{2}}l_{01})
Après résolution on trouve:
l_{0e}=l_{01}+l_{02}

Posté par
vanoise
re : Oscillateurs harmoniques 03-10-25 à 04:55

C'est la démonstration qui t'est proposée ? Pourquoi pas mais il y a tout de même plus simple en réfléchissant à ce qu'est le ressort équivalent (un peu plus de réflexion, un peu moins de calculs) : même longueur à vide : l_{0e}=l_{01}+l_{02} et même variation de longueur le=l1+l2 quand il est soumis à une même force extérieure T.
Le plus difficile à démontrer est que T représente à la fois la tension du ressort équivalent, la tension du ressort 1 et la tension du ressort 2. De le=l1+l2 , on déduit :

\frac{T}{k_{e}}=\frac{T}{k_{1}}+\frac{T}{k_{2}}

et puisque T\neq0 :

\frac{1}{k_{e}}=\frac{1}{k_{1}}+\frac{1}{k_{2}}

Posté par
aua
re : Oscillateurs harmoniques 05-10-25 à 20:47

Désolé pour ce retard, j'avais eu quelques soucis.
Merci pour cette méthode courte et élégante.

vanoise @ 03-10-2025 à 04:55

Le plus difficile à démontrer est que T représente à la fois la tension du ressort équivalent, la tension du ressort 1 et la tension du ressort 2.

Cela peut être justifié par le fait la structure même du ressort et de la masse. Puisque le ressort et A est sans masse, la tension exercée en B ( point de contact entre la masse et le ressort) est la même qui s'exerce en A. Donc la tension équivalente du ressort est la même que celle du ressort 1 et celle du ressort 2.

Posté par
vanoise
re : Oscillateurs harmoniques 05-10-25 à 21:01

Pas très précis et rigoureux, ton dernier message. Je pense avoir fourni une démonstration rigoureuse assez simple sur le document que je t'ai indiqué en appliquant la relation fondamentale à un ressort dont la masse est négligée puis en appliquant le principe des actions réciproques, aussi appelé principe de l'action et de la réaction ou encore troisième loi de Newton.
Attention aux sens des vecteurs par rapport à ton problème. Dans mon document les ressorts sont allongés par rapport à leurs longueurs à vide alors qu'ils sont comprimés dans ton problème. Cela inverse les sens des vecteurs forces.

Posté par
aua
re : Oscillateurs harmoniques 07-10-25 à 23:02

Je n'ai pas vu le document dont vous parlais. Il a été épinglé ?
Donc en représentant toutes les forces, celles de la masse et des ressorts on a d'une part T(masse sur ressort)=T(2 sur 1)d'après le principes des actions réciproques. Et d'autre part, T(1 sur 2)=T(2 sur 1) et comme T(masse sur ressort)=T(ressort sur masse)=ke(le-l0e)
Alors on déduit que les ressorts 1 et 2 sont soumises à la même tension T.
C'est bien cela ?

Posté par
aua
re : Oscillateurs harmoniques 07-10-25 à 23:03

Je n'ai pas vu le document dont vous parlez. Il a été épinglé ?
Donc en représentant toutes les forces, celles de la masse et des ressorts on a d'une part T(masse sur ressort)=T(2 sur 1)d'après le principes des actions réciproques. Et d'autre part, T(1 sur 2)=T(2 sur 1) et comme T(masse sur ressort)=T(ressort sur masse)=ke(le-l0e)
Alors on déduit que les ressorts 1 et 2 sont soumis à la même tension T.
C'est bien cela ?

Posté par
vanoise
re : Oscillateurs harmoniques 08-10-25 à 08:57

Ok. Je crois que tu as bien compris maintenant.

Posté par
aua
re : Oscillateurs harmoniques 08-10-25 à 11:46

Merci pour votre aide



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