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Niveau maths sup
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travail d'une force de frottement fluide

Posté par
prisca83
19-09-09 à 17:53

Bonjour,
J'ai un problème avec un de mes exercices de physique. Je n'ai rien trouvé dans mes cours me permettant de le résoudre. Le voici :
Un mobile effectue un mouvement rectiligne sinusoidal, d'équation x = A cos(t+). Ce mobile subit l'action d'une force de frottement fluide vecteur f indice d = - vecteur v = - dx/dt vecteur u indice x.
Déterminer ne fonction de A, , le travail W indice d de la force vecteur f indice d au cours d'une période T.
Vérifier l'homogénéité du résultat obtenu.
Merci d'avance pour votre aide.

Edit Coll : niveau modifié

Posté par
donaldos
re : travail d'une force de frottement fluide 19-09-09 à 17:56

Qu'as-tu entrepris de faire pour le moment?

Posté par
prisca83
re : travail d'une force de frottement fluide 19-09-09 à 18:02

Et bien rien, désolée. J'ai pas compris ce que je devais faire en fait, alors j'ai revu mes cours mais cela ne m'a pas aidé, je pense que je n'ai rien là dessus.

Posté par
donaldos
re : travail d'une force de frottement fluide 19-09-09 à 18:12

On te demande d'intégrer:

\delta W=f{\rm d}x

travail élémentaire, sur une période pour déterminer le travail total.

On a {\rm d}x=x'(t) {\rm d}t.

On peut exprimer f en fonction de t.

Tu as tout ce qu'il faut normalement.

Posté par
prisca83
re : travail d'une force de frottement fluide 19-09-09 à 18:17

Je suis vraiment désolée, je ne comprends pas.
Je dois intégrer toute la ligne ou seulement le dx?
Je suis un peu perdue là.

Posté par
Coll Moderateur
re : travail d'une force de frottement fluide 19-09-09 à 18:18

Bonjour à tous les deux,

prisca83 >> Pourrais-tu mettre à jour ton profil ? Niveau d'étude : quatrième...
[lien]

Merci par avance !

Posté par
prisca83
re : travail d'une force de frottement fluide 19-09-09 à 18:23

Toutes mes excuses Coll, je venais justement de me faire la remarque moi aussi, mais j'ai mis école ingénieur parce que je suis en première année de prépa mais je sais pas ce qu'il faut mettre, je n'ai pas trouvé. Décidément aujourd'hui c'est pas mon jour.

Posté par
Coll Moderateur
re : travail d'une force de frottement fluide 19-09-09 à 18:27

Je pense que "math sup" correspond bien à une première année après le bac de préparation aux concours d'entrée dans les écoles d'ingénieur.
Mais c'est peut-être un vieux vocabulaire...

Posté par
prisca83
re : travail d'une force de frottement fluide 19-09-09 à 18:28

Merci, je vais rectifier tout de suite.

Posté par
donaldos
re : travail d'une force de frottement fluide 19-09-09 à 18:36

Reconnais-tu l'expression d'un travail?

Posté par
prisca83
re : travail d'une force de frottement fluide 19-09-09 à 18:39

non, je ne reconnais pas mes espressions de l'an dernier

Posté par
donaldos
re : travail d'une force de frottement fluide 19-09-09 à 18:43

Quelle expression connais-tu pour le travail d'une force?

Posté par
prisca83
re : travail d'une force de frottement fluide 19-09-09 à 18:44

J'ai essayé de calculer avec ce que tu m'as dit et je trouve :
W = -(-A sin(t + ))

C'est juste ? Et après je ne sais plus.

Posté par
prisca83
re : travail d'une force de frottement fluide 19-09-09 à 18:45

pour le travail d'une force je connais : W = somme des forces extérieures.

Posté par
donaldos
re : travail d'une force de frottement fluide 19-09-09 à 18:46

ça m'a l'air bien mais tu as oublié de multiplier par la distance parcourue {\rm d}x.

Posté par
donaldos
re : travail d'une force de frottement fluide 19-09-09 à 18:48

Le travail d'une force, c'est toujours le produit (scalaire) d'une force par une distance.


 \\ 
 \\ W=\Bigint \vec{F}.{\rm d}\vec{r}

Posté par
prisca83
re : travail d'une force de frottement fluide 19-09-09 à 18:50

W = -(-A sin(t + )) x -A sin(t + )
Comme ça ? Mais je ne comprends pas bien ce que j'obtiens et ce que je dois faire maintenant.

Posté par
donaldos
re : travail d'une force de frottement fluide 19-09-09 à 18:58

Tu as encore oublié quelque chose : {\rm d}t

On obtient:

\delta W= -\alpha A^2 \omega^2 \sin^2 \left(\omega t+\phi\right) {\rm d}t

qui correspond au produit de la force de frottement par la distance parcourue pendant un intervalle de temps infinitésimal {\rm d}t. C'est donc l'expression du travail de la force de frottement pendant {\rm d}t.

Pour trouver le travail total sur une période T:

W_d=\Bigint\limits_0^T \delta W

Posté par
prisca83
re : travail d'une force de frottement fluide 19-09-09 à 19:03

Il faut que je primitive l'expression W ?
J'ai peur d'avance

Posté par
donaldos
re : travail d'une force de frottement fluide 19-09-09 à 19:06

Il faut que tu l'intègres, oui.

Il sera sûrement intéressant d'utiliser :  sin^2 x =\frac 1 2 \left( 1 - \sin 2x \right)

Posté par
donaldos
re : travail d'une force de frottement fluide 19-09-09 à 19:07

Il n'y a rien de très compliqué, tu vas voir.

Posté par
prisca83
re : travail d'une force de frottement fluide 19-09-09 à 19:08

J'arrive pas à primitiver, c'est vraiment trop dur

Posté par
prisca83
re : travail d'une force de frottement fluide 19-09-09 à 19:17

Ce sont des produits, du coup je m'embrouille.

Posté par
donaldos
re : travail d'une force de frottement fluide 19-09-09 à 19:28

Il n'y a pas de produits:

\begin{array}{rcl} W_d &=&-\alpha \omega^2 A^2 \Bigint\limits_0^T sin^2(\omega t + \phi) {\rm d}t\\ &=&-\frac{1} 2 \alpha \omega^2 A^2\Bigint\limits_0^T \left(1- sin \left(2(\omega t + \phi)) {\rm d}t \end{array}

Je te laisse finir...

Posté par
sophus60
re : travail d'une force de frottement fluide 19-09-09 à 19:30

faut faire sortir les constantes et utiliser sin ( t+)dt = -1/ ( cos(t+] entre b et a .

Posté par
prisca83
re : travail d'une force de frottement fluide 19-09-09 à 19:38

J'étais arrivée à - 1/2 ^2A^2 de 0 à T 1 - 2 sin(t + ) cos (t + ).
Mais c'est là que je bloque complètement

Posté par
prisca83
re : travail d'une force de frottement fluide 19-09-09 à 19:40

oui  sophus60 je comprends mais j'ai un 2 au milieu et je ne sais pas comment le gérer

Posté par
donaldos
re : travail d'une force de frottement fluide 19-09-09 à 19:43

Oublie le terme en sin(2(\omegat t + \phi)). (Que vaut l'intégrale d'une fonction sinusoïdale sur une période?)

Posté par
donaldos
re : travail d'une force de frottement fluide 19-09-09 à 19:44

*\sin (2(\omega t + \phi))

Posté par
prisca83
re : travail d'une force de frottement fluide 19-09-09 à 19:47

je connais : x(t) = Xmax cos (t + )
l'intégrale serait : Xmax de 0 à T 1/ sin (t + )

C'est ça ?

Posté par
prisca83
re : travail d'une force de frottement fluide 19-09-09 à 19:49

Mais pourquoi faut-il oublier le terme sin(2(t+) ça fausse pas tout ?

Posté par
donaldos
re : travail d'une force de frottement fluide 19-09-09 à 20:11

Tu peux calculer l'intégrale correspondante mais tu verras qu'elle est nulle (comme toute intégrale de fonction sinusoïdale sur un multiple de sa période).

Posté par
prisca83
re : travail d'une force de frottement fluide 20-09-09 à 10:45

Bonjour,

Si l'intégrale correspondante est nulle, alors W indice d= -(1/2)^2 A^2 T?

C'est bien cela.

Posté par
prisca83
re : travail d'une force de frottement fluide 20-09-09 à 10:55

Je n'arrive pas à vérifier l'homogénéité. Je devrais retrouver des Joules(= kg.m^2.s^-2) mais quand j'associe les unités correspondantes,je ne retombe pas sur ce résultat. J'ai peut-être fait une erreur?

Posté par
donaldos
re : travail d'une force de frottement fluide 20-09-09 à 14:54

Vérifie que \omega A a la dimension d'une vitesse.

Déduis-en que \alpha \omega A est homogène à une force.

Par ailleurs note que \omega T est sans dimension.

Reste donc A multiplié par une quantité homogène à une force.

On a bien une quantité homogène à un travail.

Posté par
prisca83
re : travail d'une force de frottement fluide 20-09-09 à 15:05

Mercimais je ne comprends pas pouquoi A  est homogène à une force.

Posté par
donaldos
re : travail d'une force de frottement fluide 20-09-09 à 15:50

N'a-t-on pas \vec{f}_d=-\alpha \vec{v} ?

Posté par
prisca83
re : travail d'une force de frottement fluide 20-09-09 à 16:35

Et oui, que je suis bête, j'avais pas vu.
En tout cas, merci bien donaldos, grace à toi j'ai réussi à faire mon exercice et en plus je l'ai compris.

Je vais maintenant me pencher sur un problème très long et très compliqué pour un DM, mais il est trop long pour le poser ici je pense.

Merci encore

Posté par
louhouma
re : travail d'une force de frottement fluide 20-10-12 à 18:43

je n'ai pas bien compris l'homogénéité!! et pk sin(2(wt+phi))=0
D ailleurs sin²(x)=(1-cos(2x))\2!!!!



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