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Niveau maths sup
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Ressort et oscillateur harmonique

Posté par
Atup
14-09-19 à 12:39

Bonjour

Voici l'énoncé :

La suspension d'un bus et modélisée par un ressort de longueur a vide I0 et de raideur k. Le bus de masse M est assimilé à son centre d'inertie G posé sur la suspension. On notera g l'accélération de la pesanteur. Le bus étant initialement à l'équilibre on lui communique une vitesse initiale v0 dirigé vers le bas.

Voici les questions :
1.  Faire un schéma précis du dispositif à l'équilibre ainsi qu'à un l'instant t quelconque
2.  Déterminer la longueur Ieq à l'équilibre. Commenter
3.  Établir l'équation différentielle vérifiée par la variable z(t) en prenant pour origine de l'axe des Z la position du bus à l'équilibre.
4. Écrire la solution complète de l'équation différentielle.

Pouvez-vous m'aider dès la première question, je ne sais pas comment m'y prendre

Merci à vous

Posté par
vanoise
re : Ressort et oscillateur harmonique 14-09-19 à 14:35

Bonjour
C'est sensiblement le même problème que  celui d'un oscillateur constitué d'un ressort vertical dont l'extrémité supérieure est reliée à un support fixe et l'extrémité inférieure liée à un solide de centre d'inertie G. Seule différence : le ressort ici se comprime sous l'action du poids au lieu de se détendre mais les équations sont analogues.
Tu trouves de nombreuses résolutions de ce type d'exercices sur le net, ici par exemple :

Je te laisse réfléchir et proposer une solution en adaptant le document à ton problème.

Posté par
krinn Correcteur
re : Ressort et oscillateur harmonique 14-09-19 à 14:48

Bonjour
On te demande un croquis de ce genre:
(Tu ajouteras les forces)
(Tu as le droit de mieux dessiner

Ressort et oscillateur harmonique

Posté par
Atup
re : Ressort et oscillateur harmonique 14-09-19 à 14:49

Merci à vous 2
Je vais réfléchir avec le lien que @vanoise m'a envoyé et je reviens si j'ai des problèmes

Posté par
krinn Correcteur
re : Ressort et oscillateur harmonique 14-09-19 à 14:50

Bonjour Vanoise

Posté par
vanoise
re : Ressort et oscillateur harmonique 14-09-19 à 14:55

Bonjour krinn
Je te laisse bien volontiers gérer ce post.

Posté par
Atup
re : Ressort et oscillateur harmonique 14-09-19 à 16:42

Re bonjour
Justement j'ai pas mal cherché mais je ne trouve rien
Je ne sais pas comment commencer

Posté par
krinn Correcteur
re : Ressort et oscillateur harmonique 14-09-19 à 17:06

As-tu lu le document de Vanoise?
C'est un exemple de ce quon attend de toi.

C'est toujours pareil en meca.

1) quel est le système etudié?
2) choix du référentiel
3) choix d'un repère
4) bilan des forces s'exerçant sur le système
5) faire un beau dessin, bien préciser les axes, les orientations etc.
6) appliquer les lois de la mécanique
7) résoudre les équations obtenues

En général on donne déjà un certain nombre d'éléments dans l'énoncé (le système a étudier, les axes a utiliser,...)

Ici, tu en es au bilan des forces...

Posté par
Atup
re : Ressort et oscillateur harmonique 14-09-19 à 17:26

Système : bus de masse m
Réf : terrestre supposé galiléen
Forces : poids (P) et force de rappel (F)
P + F =0
Mg+k(les-Lo)ux =0
...
Mg+k(leq-lo)=0

(Sans oublier tous les vecteurs )
Et je mets « + » avant le k car F est dans le même sens que l'axe z( vers le haut )

Posté par
krinn Correcteur
re : Ressort et oscillateur harmonique 14-09-19 à 17:51

Le pfd appliqué au bus donne effectivement :
P + F = 0

Sur quel axe as-tu projeté?

Posté par
Atup
re : Ressort et oscillateur harmonique 14-09-19 à 17:52

J'ai gardé le même schéma que vous avez envoyer au dessus
Donc sur z(t) vers le haut

Posté par
krinn Correcteur
re : Ressort et oscillateur harmonique 14-09-19 à 18:14

L axe c'est (OZ)
z(t) c'est la position de G sur l'axe

Donc si on retient le schéma suivant, quelles sont les projection des forces sur l'axe Z?

Ressort et oscillateur harmonique

Posté par
Atup
re : Ressort et oscillateur harmonique 14-09-19 à 18:19

Oui je les avais placé ces forces
Le poids vers le bas et F vers le haut.

Posté par
krinn Correcteur
re : Ressort et oscillateur harmonique 14-09-19 à 18:25

Je demande les projections des forces sur Z

Posté par
Atup
re : Ressort et oscillateur harmonique 14-09-19 à 18:29

Je ne sais pas. Je ne comprends pas ce qu'il faut faire

Et de plus pour la question 2 j'étais Sur la bonne voix ou pas ?

J'ai du mal avec cet exercice, excusez moi

Posté par
krinn Correcteur
re : Ressort et oscillateur harmonique 14-09-19 à 18:33

Tu étais sur la voie.
Maintenant explique-moi ce que tu as écrit :

Citation :
Mg+k(les-Lo)ux =0
...
Mg+k(leq-lo)=0

Posté par
Atup
re : Ressort et oscillateur harmonique 14-09-19 à 18:51

Étape suivante :
Mg ux + k(leq-lo) ux =0
Mg+k(leq-lo)=0
Rectification : mg=-k(leq-lo)

Posté par
krinn Correcteur
re : Ressort et oscillateur harmonique 14-09-19 à 19:04

Qu appelles-tu ux?

Posté par
Atup
re : Ressort et oscillateur harmonique 14-09-19 à 19:05

C'est le vecteur unitaire

Posté par
krinn Correcteur
re : Ressort et oscillateur harmonique 14-09-19 à 19:19

Ok, il vaudrait mieux ecrire uz

Donc tu as projeté les forces sur l'axe Z.

Ceci dit tes projections sont incorrectes (si uz est orienté vers les z ≥O, ce qui est implicite sur le dessin )

P = - mg uz
Et F= - k (leq - lo) uz

Ça ne change pas le resultat final, mais c'est un coup de chance

Posté par
Atup
re : Ressort et oscillateur harmonique 14-09-19 à 20:33

D'accord merci
Et donc ce résultat correspond à la question 3 c'est bien ça (équation différentielle) ??
Mais pour la longueur Ieq à l'équilibre comment faut il faire ?

Posté par
krinn Correcteur
re : Ressort et oscillateur harmonique 14-09-19 à 21:39

Ah non, nous n'en sommes qu a la question 2) qui est une question de statique, pas de dynamique!

- mg - k(leq-lo) = 0
Donc
Léq = Lo - ...

Posté par
Atup
re : Ressort et oscillateur harmonique 14-09-19 à 21:44

Leq=((mg)/k)+lo

Posté par
krinn Correcteur
re : Ressort et oscillateur harmonique 14-09-19 à 21:49

Non, physiquement on voit bien que le ressort doit se comprimer pour compenser le poids
Donc leq < lo

Posté par
Atup
re : Ressort et oscillateur harmonique 14-09-19 à 21:56

** leq=Lo-(mg/k)

Posté par
krinn Correcteur
re : Ressort et oscillateur harmonique 14-09-19 à 21:59

Oui

Posté par
Atup
re : Ressort et oscillateur harmonique 14-09-19 à 22:02

Super
Merci beaucoup
Je réfléchis à la suite et je reviens ici demain si des questions me perturbent.

Encore merci

Posté par
Atup
re : Ressort et oscillateur harmonique 15-09-19 à 17:26

Bonjour
Pour la question 3),  pour trouver l'équation différentielle, faut-il que je dérive léq ?
Ou je dois de nouveau appliquer le PFD ?

Merci

Posté par
Atup
re : Ressort et oscillateur harmonique 15-09-19 à 17:44

Pour l'instant j'ai fait :
P + F = ma (avec les vecteurs)
-k(leq-lo)=m*d2X/dt2
....
Équation diff : d2X/dt2+w0X=0

Mais je ne suis pas sûre du tout avec les projections et donc avec l'axe (OZ)

Posté par
krinn Correcteur
re : Ressort et oscillateur harmonique 15-09-19 à 18:07

Bonjour,
Il faut appliquer le pfd au bus en mvt repéré sur l'axe Z par z(t) comme indiqué sur le 1er schéma

D'où sors-tu X?
Ici on n'a qu un degré de liberté , selon (OZ)
X et y sont constants , on les ignore.



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