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Niveau maths sup
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:*: [Physique] Mouvement d'un anneau :*:

Posté par
infophile
22-09-07 à 14:03

Bonjour

Pouvez-vous vérifier ce que j'ai fait ? Car je coince à un moment donné.

Citation :
Un anneau assimilé à un point matériel M de masse m se déplace sur une piste formée de deux parties circulaires (1) et (2) de rayon R1 et R2 de centre C1 et C2 dans un plan vertical. L'anneau est enfilé sur la piste et ne peut s'en détacher qu'aux points A et S. On repère sa position par un angle \theta qui varie entre -\frac{\pi}{2} et \pi pour sur la partie (1) et entre \pi et \frac{5\pi}{2} pour la partie (2). On néglige les frottements.

:*: [Physique] Mouvement d\'un anneau :*:

On suppose dans un premier temps que le mouvement s'effectue sur la piste (1).


1) Exprimer l'énergie potentielle de pesanteur Ep de l'anneau en choisissant Ep(\theta=0)=0


Réponse : mgR1(1-cos(\theta))

2) Exprimer l'énergie mécanique Em de l'anneau

Réponse : mgR1(1-cos(\theta)) + 1/2.mR1²\theta'^2

3) Sachant qu'à l'instant t=0 l'anneau est au point E(\theta=0) avec une vitesse angulaire initiale d\theta/dt(0)=wo positive, exprimer (d\theta/dt)^2 à un instant quelconque.

Réponse : (\frac{d\theta}{dt})^2=wo^2-g/R1(1-cos(\theta))

4) Donner l'équation différentielle vérifiée par l'angle \theta

Réponse : \theta''+\frac{g}{R1}sin(\theta)=0

5) Déterminer l'expression de \theta(t) en assimilant sin(\theta) à \theta

Réponse : Je trouve \theta(t)=\sin(\sqrt{\frac{g}{R1}}t) ce qui me paraît bizarre pour pouvoir poursuivre...

Merci

Posté par
infophile
re : :*: [Physique] Mouvement d'un anneau :*: 22-09-07 à 14:13

Euh non après vérifications je trouve \theta(t)=wo.\sqrt{\frac{R1}{g}}sin(\sqrt{\frac{g}{R1}}t)

Posté par
infophile
re : :*: [Physique] Mouvement d'un anneau :*: 22-09-07 à 14:16

Exprimer la valeur maximale \thetamax

Du coup je trouve \thetamax = wo.\sqrt{\frac{R1}{g}} ce qui me paraît plus juste ^^

Bon je n'aurais pas posté pour rien

Posté par
infophile
re : :*: [Physique] Mouvement d'un anneau :*: 22-09-07 à 14:32

J'aimerais au moins savoir si ces résultats numériques sont cohérents avec la réalité (j'ai des doutes) :

Pour R1 = 1,0 mm   ;   g = 10 m.s-2   ; wo = 1,0 rad.s-1

Je trouve comme pulsation w = rac(g/R1) = 100 s-1

Je trouve comme période T = 6,3.10^-2 s

Je trouve comme amplitude \thetamax = 1/100 rad

Posté par
1 Schumi 1
re : :*: [Physique] Mouvement d'un anneau :*: 22-09-07 à 14:33

Ca commence à sentir le monologue tout ça...

Posté par
infophile
re : :*: [Physique] Mouvement d'un anneau :*: 22-09-07 à 14:36

Salut !

Posté par
1 Schumi 1
re : :*: [Physique] Mouvement d'un anneau :*: 22-09-07 à 14:36

Salut.

Posté par
1 Schumi 1
re : :*: [Physique] Mouvement d'un anneau :*: 22-09-07 à 14:44

Kévin, dans la réponse à la question 3), il ne manquerait pas un "2" quelque part...? A moins que je ne me sois viandé...

Posté par
infophile
re : :*: [Physique] Mouvement d'un anneau :*: 22-09-07 à 14:48

Si exact il y a un 2 devant le g/R1

Mais je ne crois pas que ça influe sur la suite si ?

Merci

Posté par
1 Schumi 1
re : :*: [Physique] Mouvement d'un anneau :*: 22-09-07 à 14:51

On est d'accord. Je ne crois pas que ça influe sur la suite en effet.
J'ai pas vérifiée ton équadiff mais elle cohérente donc je vais pas m'attarder dessus. Sa résolution en tous les cas l'est.

Pour l'application numérique, j'avoue que ça m'a aussi surpris au début mais en fait non: vu le rayon du cercle c'est pas vraiment étonnant d'avoir de tels ordres de grandeurs.


Ayoub.

Posté par
1 Schumi 1
re : :*: [Physique] Mouvement d'un anneau :*: 22-09-07 à 14:52

Et désolé pour les fautes d'orthographe...

Posté par
infophile
re : :*: [Physique] Mouvement d'un anneau :*: 22-09-07 à 14:56

C'est ce que je me suis dit ensuite en voyant le rayon, je vais pouvoir m'attaquer à la partie compliquée je te remercie

Posté par
1 Schumi 1
re : :*: [Physique] Mouvement d'un anneau :*: 22-09-07 à 14:58

Mais de rien mon 'ti Kévin.

Ah, quand je pense que je n'ai presque rien à faire ce week-end moi...

Posté par
infophile
re : :*: [Physique] Mouvement d'un anneau :*: 22-09-07 à 15:01

Kévin, reste zen

J'ai pas mal de boulot pour la semaine prochaine, mes premières colles, un DS de maths, 2 DM (maths et physique), des exos de physique et de l'anglais.

Et comme ce soir je vais dans une pizzéria avec des potes (miam ^^) je m'avance au maximum

Posté par
1 Schumi 1
re : :*: [Physique] Mouvement d'un anneau :*: 22-09-07 à 15:04

Moi, j'ai un dm de math pour dans 10 jours (vais faire ça demain, c'est trop minable comme truc), deux trois 'tis exos en chimie (berk) un peu d'anglais et d'espagnol et pis voilà.
J'ai colle de math mais vu le programme de colle je pense que je vais pas trop me fouler et d'anglais (objectif: 10 ).

Bon, ok  j'arrête maintenant. Retourne bosser petit.

Posté par
infophile
re : :*: [Physique] Mouvement d'un anneau :*: 22-09-07 à 15:08

Anglais c'est un truc de fou, j'ai carrément pas le niveau

Bonne chance pour tes colles (moi aussi c'est maths et anglais [objectif : limiter la casse ] )

Posté par
1 Schumi 1
re : :*: [Physique] Mouvement d'un anneau :*: 22-09-07 à 15:21

Elle veut qu'on tienne 15 minutes en autonomie complète. What a joke!

Pour les maths, à ce qu'il paraît je vais tomber avec un prof qui m'est jamais plus de 15. Donc fatalement: objectif 15 en math.

Posté par
infophile
re : :*: [Physique] Mouvement d'un anneau :*: 22-09-07 à 15:41

15 secondes le temps d'annoncer mon plan

7) Exprimer l'énergie potentielle de pesenteur Ep de l'anneau M en supposant Ep(B) = 0. On distinguera les cas -\frac{\pi}{2}<\theta<\pi et \pi<\theta<\frac{5\pi}{2} et tracer l'allure de Ep(\theta)

Je trouve dans un cas mgR1(3-cos(\theta)) et dans l'autre mgR2(3-cos(\theta)) avec R2 > R1

Je trace la courbe et j'en déduis que les positions d'équilibres sont les points E, B et F. Les points stables sont E et F d'après la courbe.

Et maintenant un peu plus sympa :

Citation :
L'anneau étant initialement en A(\theta=-\frac{\pi}{2}) il est lancé à une vitesse Vo sur le support fixe.

10) A quelle condition sur la vitesse Vo l'anneau peut-il atteindre F ?


J'adore ce genre d'exo (quand je me plante pas )

Et pour ta colle de maths fait comme la fois dernière

Posté par
infophile
re : :*: [Physique] Mouvement d'un anneau :*: 22-09-07 à 16:49

Je n'ai pas (encore) trouvé la condition pour la 10) mais on se ramène à la condition d'arrivée en B non ?

11) Cette condition étant remplie, donner l'expression de la vitesse Vf en F en fonction des données du problème.


En utilisant la conservation de l'énergie mécanique j'obtiens Vf=\sqrt{Vo^2-2g(R1+R2)}

Posté par
infophile
re : :*: [Physique] Mouvement d'un anneau :*: 22-09-07 à 17:03

Bon en attendant je vais diluer avec des maths

Posté par
1 Schumi 1
re : :*: [Physique] Mouvement d'un anneau :*: 22-09-07 à 19:47

Et reviens à la nage, ça raffraîchit les idées.

Posté par
infophile
re : :*: [Physique] Mouvement d'un anneau :*: 22-09-07 à 19:50

Je risquerais de boire la tasse

Posté par
infophile
re : :*: [Physique] Mouvement d'un anneau :*: 26-09-07 à 16:36

Je bloque toujours sur la 10)

Je suppose qu'on doit s'en sortir en utilisant des arguments énergétiques...

Une piste ?

Merci !

Posté par
J-P
re : :*: [Physique] Mouvement d'un anneau :*: 26-09-07 à 17:07

Je n'ai pas tout lu, et donc méfiance en ma réponse:

10)
Pour atteindre F, il faut que l'anneau dépasse de point B, après la pesanteur suffira pour passer de B à F.

Il faudra donc qu'au passge en B, la force centrifuge (au risque d'en faire évanouir certains) soit supérieure au poids de l'anneau. (C'est une autre manière d'écrire que la force N que l'anneau effectue sur la piste doit rester dirigée à tout moment vers l'extérieur de la piste dans la montée).

Energie cinétique en B: (1/2).m.vo² - mg.R1

Soit VB la vitesse de passage en B: (1/2)m.VB² = (1/2).m.vo² - mg.R1

VB² = vo² - 2g.R1

Force centrifuge en B : Fc = m.vB²/R1 = m . (vo² - 2g.R1)/R1

Pour passer B, il faut  m . (vo² - 2g.R1)/R1 > mg

(vo² - 2g.R1)/R1 > g

vo² > g.R1 + 2g.R1

vo² > 3gR1

Vo > Racine carré(3g.R1)
-----
Sauf distraction.  Vérifie.  

Posté par
infophile
re : :*: [Physique] Mouvement d'un anneau :*: 26-09-07 à 17:14

Déjà je te remercie pour t'être penché sur la question c'est très sympa

J'avais vu effectivement qu'il suffisait que l'anneau atteigne B et j'avais exprimé la vitesse Vb en fonction de Vo comme tu l'as fait, sauf qu'ensuite je suis bloqué car je ne suis pas cencé pouvoir utiliser la force centrifurge (pas encore abordé en cours même si déjà vu). Vois-tu une autre méthode ?

Sinon c'est pas grave je répondrai avec la force centrifurge

Ce que je trouve bizarre aussi c'est que la dernière question est : "A quelle condition sur Vo l'anneau sort-il de la piste en S ?". Si l'anneau a franchi B il sort directement non ? Puisqu'il n'y a pas de frottements...

Merci beaucoup

Posté par
J-P
re : :*: [Physique] Mouvement d'un anneau :*: 26-09-07 à 17:44

Exact, si l'anneau passe B, comme B est plus haut que F, il sortira en F.

Donc la condition sur vo est la même que celle de la question 10.

A moins qu'il y ait un mauvais jeu de mot dans la question 10.

Quand on parle d'atteindre F:
S'il s'agit d'arriver juste à F sans le dépasser, c'est impossible, puisque si on ne dépasse par B, on n'arrive pas en F, mais si on dépasse B, on dépasse forcément F.



Si tu parles de force centrifuge, il suffit de préciser que tu as pris un référentiel lié à l'anneau. (le référentiel n'est alors pas galiléen et on ne peut pas dans ce cas ne pas introduire la force centrifuge)

Si on veut se passer de la force centrifuge, il faut utiliser un référentiel terrestre ou équivalent.

Il faut alors calculer la force exercée sur la piste par l'anneau via l'accélération centripète et en tenant compte du poids de l'anneau, cela ne change rien dans le résultat (si ce n'est que c'est bien moins parlant pour la compréhension (avis personnel)).

Personnelement j'utilise toujours le référentiel le plus simple en fonction du problème, et ici c'est celui que j'ai utilisé (lié à l'anneau).

Posté par
infophile
re : :*: [Physique] Mouvement d'un anneau :*: 26-09-07 à 17:49

Je pense que tu parles du point S plutôt que F, mais j'ai bien compris merci

C'était la dernière question sur laquelle je bloquais, encore merci

Bonne soirée J-P

Posté par
J-P
re : :*: [Physique] Mouvement d'un anneau :*: 26-09-07 à 17:57

Oui, je voulais parler de S.

Posté par
infophile
re : :*: [Physique] Mouvement d'un anneau :*: 26-09-07 à 18:06

La vitesse au point F :

Em(A) = Em(F) <=> Ec(A)+Ep(A) = Ec(F)+Ep(F)

Or Ep(F) = 0 d'où :

1/2mVo² + mgR1 = 1/2mVf²

Vf² = Vo² + 2gR1

donc Vf = rac(Vo²+2gR1)

C'était la dernière question, juste ?

Voila je ne t'embête plus ^^

Posté par
J-P
re : :*: [Physique] Mouvement d'un anneau :*: 26-09-07 à 18:28

J'aurais dit ceci:

(1/2)mVo² + mg(R2-R1) = (1/2)m. VF²

VF² = Vo² + 2g(R2-R1)

VF = racinecarrée[Vo² + 2g(R2-R1)]
-----
Vérifie.  

Posté par
infophile
re : :*: [Physique] Mouvement d'un anneau :*: 26-09-07 à 18:33

A 16h49 j'avais fait comme ça, mais comme différence de hauteur entre A et F j'avais R2+R1 et pas R2-R1, tu confirmes ?

Posté par
J-P
re : :*: [Physique] Mouvement d'un anneau :*: 26-09-07 à 18:45

Distrait comme souvent:

La différence de hauteur entre A et F est 2R2 - R1

On arrive donc à:

VF = racinecarrée[Vo² + 2g(2R2-R1)]
-----
Sauf nouvelle distraction.  

Posté par
infophile
re : :*: [Physique] Mouvement d'un anneau :*: 26-09-07 à 18:47

Ah oui moi aussi j'ai pris E comme centre du grand cercle

Merci beaucoup



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