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Niveau maths sup
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Ressort régime forcé

Posté par
Aras
05-01-19 à 13:54

Bonjour j'étudie un haut parleur modélisé par une masse M(m) se déplaçant selon l'axe (Ox)
M est accroché à l'extrémité d'un ressort de longueur à vide lo et de raideur k
Avec force de frottement fluide f=-a*v(vecteur)
Plus une force excitatrice K*i(t)*(ex) avec ex le vecteur unitaire et i(t)=Imcos(wt) :

Ressort régime forcé

J'aimerai établir l'équation différentiel mais j'aimerai être éclairé sur le schéma. On voit que lo est la longueur entre le support et le repère mais on nous dit que c'est aussi la longueur à vide du ressort je ne comprends pas tellement

Ensuite la force de rappel ici va être positive non ? Étant donné que le vecteur unitaire est en direction du support ?

Merci à vous

Posté par
vanoise
re : Ressort régime forcé 05-01-19 à 14:05

Bonjour
Pour être très précis : l'origine O du repère est la position d'équilibre stable de M lorsque le ressort n'exerce aucune force (donc possède sa longueur à vide). lo désigne donc la longueur à vide du ressort si on néglige la longueur du dispositif de liaison entre la masse M et le ressort. L'essentiel à retenir :
avec ce choix de l'origine du repère, x représente exactement la variation de longueur du ressort par rapport à sa longueur à vide de sorte que la force exercée par le ressort sur la masse M peut toujours s'écrire :
\overrightarrow{T}=-k\cdot x\cdot\overrightarrow{e_{x}}E_{//} et E_{\bot}
quel que soit le signe de x.

Posté par
vanoise
re : Ressort régime forcé 05-01-19 à 14:06

J'ai cliqué prématurément sur "poster". Il faut lire :

\overrightarrow{T}=-k\cdot x\cdot\overrightarrow{e_{x}}

Posté par
Aras
re : Ressort régime forcé 05-01-19 à 14:09

D'accord merci le ressort est donc comprimé sur la photo ?

Posté par
Aras
re : Ressort régime forcé 05-01-19 à 14:50

Ensuite pour desuire la phase à l'origine  j'ai posé en régime sinusoïdale forcé x(t)=Xcos(wt+phi)
J'aboutit a l'amplitude complexe de X égale à (K/m)*Im/(-w^2+w0/Qjw+wo^2)

J'aimerai savoir si c'est correct afin de continuer l'exercice ? Merci

Posté par
Aras
re : Ressort régime forcé 05-01-19 à 14:52

Desole j'ai écris trop vite J'aboutit a l'amplitude complexe de X égale à (K/m)*Im/(-w^2+(w0/Q)jw+wo^2)  de

Posté par
vanoise
re : Ressort régime forcé 05-01-19 à 15:27

Bonjour
Ce que tu exprimes est le complexe, qui pourrait être noté x , associé à l'élongation x(t). Pour avoir l'amplitude (valeur maximale) de l'élongation, qui peut être notée Xm, il faut prendre le module du complexe.
L'argument du complexe sera égal à la phase initiale .

Posté par
Aras
re : Ressort régime forcé 05-01-19 à 22:53

J'obtiens X(complexe) = Im*K/mwo^2*1/[(j((w/wo*Q)+j((w^2/wo^2)-1))]

Comment calculer l'argument de ce nombre je n'y arrive pas ca serai la somme des arguments mais je n'y arrive pas.

Pour le module j'ai Im*K/mwo^2*1/[(sqrt((w/wo*Q)^2+(w^2/wo^2)-1)^2)]

Posté par
vanoise
re : Ressort régime forcé 06-01-19 à 13:58

Les expressions de x précédentes étaient correctes mais ton dernier message fait intervenir un "j" en trop. De façon générale, si un complexe s'écrit x=A+j.B où A et B sont deux réels, le module vaut :

X_{m}=\sqrt{A^{2}+B^{2}}
"j" n'intervient pas dans l'expression finale du module !

Posté par
Aras
re : Ressort régime forcé 06-01-19 à 15:00

C'est parce que j'ai voulut factorisé par wo^2 puis par j deux fois.

Avec ce que j'avais précédemment ca donne alors Pour le module Im*K/mwo^2*1/[(sqrt((w*wo/Q)^2+(w^2-wo^2)^2)]

Mais alors trouver un argument l'expression de de X je n'y arrive pas

Posté par
Aras
re : Ressort régime forcé 06-01-19 à 15:07

Enfait j'avais fait (en prenant que le dénominateur pour ne pas encrire de gros calculs ) : je met wo^2 en facteur ainsi que j
wo^2[j[jw^2/wo^2+w/Q-j]

Puis une deuxième fois j en facteur donc : wo^2[j[w/Q+j[(w^2/wo^2)-1]]

Posté par
Aras
re : Ressort régime forcé 06-01-19 à 15:11

Pardon j'ai encore ecrit trop vite j'obtiens :

Enfait j'avais fait (en prenant que le dénominateur pour ne pas encrire de gros calculs ) : je met wo^2 en facteur ainsi que j
wo^2[j[jw^2/wo^2+(w/woQ)-j]

Puis une deuxième fois j en facteur donc : wo^2[j[(w/wo Q)+j[(w^2/wo^2)-1]]

Posté par
Aras
re : Ressort régime forcé 06-01-19 à 15:36

Arg(X)=arg(KIm)-arg(m)-arg(wo^2+(jwwo^2/Q)-w^2

Est ce correct svp ?

Posté par
Aras
re : Ressort régime forcé 06-01-19 à 15:40

Donc Arg(X)=-arg(wo^2+(jwwo^2/Q)-w^2
Donc phi=-Pi/2 ?

Posté par
Aras
re : Ressort régime forcé 06-01-19 à 15:41

Pardon oubliez le carré sur le deuxième wo

Posté par
vanoise
re : Ressort régime forcé 06-01-19 à 18:17

Je reprends l'essentiel :
Équation différentielle :

m\ddot{x}+a.\dot{x}+k.x=K.i\quad soit\quad\ddot{x}+\frac{\omega_{o}}{Q}\dot{x}+\omega_{o}^{2}.x=K\frac{i}{m}

Passage aux complexes en régime sinusoïdal forcé :

\underline{x}.\left(-\omega^{2}+j\dfrac{\omega_{o}}{Q}\omega+\omega_{o}^{2}\right)=\dfrac{K}{m}\underline{i}\quad soit\quad\underline{x}=\dfrac{K}{m.\left(\omega_{o}^{2}-\omega^{2}+j\dfrac{\omega_{o}}{Q}\omega\right)}\underline{i}

Amplitude de x(t) :

X_{m}=|\underline{x}|=\dfrac{K.I_{m}}{m.\sqrt{\left(\omega_{o}^{2}-\omega^{2}\right)^{2}+\left(\dfrac{\omega_{o}}{Q}\omega\right)^{2}}}

Phase initiale de x(t) sachant que celle de i(t) est choisie arbitrairement nulle :

\varphi=\arg\left(\dfrac{K}{m.\left(\omega_{o}^{2}-\omega^{2}+j\dfrac{\omega_{o}}{Q}\omega\right)}\right)=\arg\left(\omega_{o}^{2}-\omega^{2}-j\dfrac{\omega_{o}}{Q}\omega\right)

Attention au changement de signe devant j ! La partie réelle ne gardant pas toujours le même signe, le raisonnement sur l'arctangente est délicat. Je préfère écrire que :

\sin\left(\varphi\right)>0 (signe de la partie imaginaire) donc :

\varphi\in[-\pi,0]\quad avec\quad\tan\left(\varphi\right)=\dfrac{\omega_{o}.\omega}{\omega^{2}-\omega_{o}^{2}}
Si tu veux des renseignement sur les problèmes posés par l'arctangente, tu peux regarder ici , en particulier mon message du  01-04-18 à 15:33 : Filtre Actif 2ème ordre

Posté par
vanoise
re : Ressort régime forcé 09-01-19 à 10:47

J'ai oublié la lettre "Q" dans la dernière formule :

\varphi\in[-\pi,0]\quad avec\quad\tan\left(\varphi\right)=\dfrac{\omega_{o}.\omega}{Q\cdot(\omega^{2}-\omega_{o}^{2})}



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