[PDF] TP n°1 : Introduction au Systèmes Non linéaires « Pendule simple





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Objectif général de lexpérience 1 Introduction

La nature ponctuelle du pendule simple permet de décrire son mouvement par la le défaut d'isochronisme qui sera étudié dans la première partie de ce TP.





TP n°1 : Introduction au Systèmes Non linéaires « Pendule simple

Le pendule simple est l'exemple typique pour ce sujet. Le but est d'étudier l'influence de l'approximation sin ? ? ? (dite approximation aux petits angles) 



TP no 4 – Introduction à la résolution approchée dEDOs 1

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4 oct. 2017 Physique II Chapitre 5: Mouvement de rotation ... Un pendule simple (ou mathématique) constitue la représentation idéale du pendule le plus ...



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Calcul derreur (ou Propagation des incertitudes)

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Objet du TP : le pendule simple . Il me semble alors que les arguments en faveur de l'introduction des démarches hypothético-déductives au niveau du ...



T.P. 14 ETUDE DUN OSCILLATEUR MECANIQUE : LE PENDULE

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La nature ponctuelle du pendule simple permet de décrire son mouvement par la 2ème loi de Newton de la dynamique Pour le pendule physique le volume fini 



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On s'intéresse dans ce texte au mouvement d'un pendule simple On considère ainsi une bille de masse m assimilée à un point matériel reliée à un fil rigide 



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Objectif: Etudier un dispositif simple permettant de mesurer une durée puis construire un pendule qui bat la seconde I) Introduction:



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30 mai 2018 · Pendule simple l T mg ? x z La deuxième loi de Newton exprimée dans ses composantes en x et en z prend la forme suivante :

  • Quel est le but du pendule simple ?

    Objectif: Etudier un dispositif simple permettant de mesurer une durée puis construire un pendule qui bat la seconde. I) Introduction: Au XVIIème si?le, Galilée, observant les oscillations d'un lustre, a l'idée d'utiliser un pendule pour mesurer le temps.
  • Qui a inventé le pendule simple ?

    Mais ce sera à Christiaan Huygens Christiaan Huygens Christiaan Huygens (1629-1695), savant et mathématicien hollandais, que reviendra le privilège de construire en 1657 la première horloge viable, réglée par un pendule. pour la mesure du temps et permit de réaliser à peu de frais un très grand per- fectionnement.
  • Comment calculer la période d'oscillation d'un pendule ?

    La période dépend de la longueur l du pendule et de l'intensité de la pesanteur g. [T] = k x [l]a x [g]b (1) (équation aux dimensions).
  • On s'attend à ce qu'en l'absence de frottement, le pendule oscille indéfiniment. Mais si le frottement est présent, les oscillations devraient s'amortir d'autant plus vite que le frottement est intense.
1 Université : Batna 2 Batna 22/04/2019

Faculté de Technologie

Département : Electronique

Option : Master 1 Automatique et Systèmes

TP n°1 : Introduction au Systèmes Non linéaires " Pendule simple » But

L'idée de ce TP est d'apprendre la notion de systèmes non linéaires. Le pendule simple est l'exemple

typique pour ce sujet. Le but est d'étudier l'influence de l'approximation sin

θ ≈ θ (dite approximation aux

petits angles) faite classiquement dans l'étude du pendule simple soumis à une force de frottement (de

friction).

Principe

Rappelons que l'angle θ( t) que fait un pendule avec la verticale vérifie l'équation différentielle non

linéaire : ()2 ". . .sin . ' 0ml mgl Kθ θ θ+ + = tel que : m : masse de la tige ; l : sa longueur ; K : coefficient de frottement et avec K=0, on aura: "sin 0g lθ θ+ = " Les oscillations sont libres s'il n'y aucune intervention extérieure » " Elles sont non amorties si les frottements peuvent être négligés »

Les solutions de cette équation ne peuvent pas s'écrire avec les fonctions usuelles. Dans les études

passées, on enseigne plutôt l'équation différentielle linéaire "0g lθ θ+ = en supposant que le déplacement angulaire est petit. On retrouve alors une équation différentielle homogène du 2 nd ordre ; les solutions en sont des fonctions sinusoïdales dont la période propre

0T apparaît dans l'équation sous la forme 02 .lTgπ= , tel

que 2g lω=.

Cependant, il existe des méthodes permettant de résoudre l'équation différentielle non linéaire

"sin 0g

lθ θ+ = de manière approchée, MATLAB fournit de telles méthodes. L'usage de ces méthodes

approchées va nous permettre de voir dans quelle mesure l'approximation sin

θ ≈ θ impacte les solutions

quand

θ n'est pas nécessairement petit.

Pour ce pendule, on supposera dans la suite que : m=0.1kg ; g=10m/s

2 ; l = 0,23m.

2

Etude du système par Matlab

1/ Cas linéaire :

1.a/ Pour : ()00θ θ= ; ()'0 0θ= ; K=0 et pour des faibles valeurs de θ, trouver l'expression "0g

lθ θ+ =?

1.b/ Déduire la solution de cette équation différentielle ainsi que la période T

0 ?

1.c/ Mettre l'équation différentielle sous la forme d'équations d'état

()',x f t x= ? Dans notre cas, cela

nécessite de mettre l'équation du second ordre sous la forme d'un système d'équations de premier ordre.

NB. Choisir la variable d'état x1 représentant la position angulaire 1xθ= et x2 est celle de la vitesse angulaire 2'xθ=

2/ Cas non linéaire :

Refaire la question (1.c) pour le système ( )

"sin 0g lθ θ+ =?

3/ Simulation par Matlab des deux cas

3.1/ Tracer l'allure de x1 sur la même figure des deux cas (linéaire et non linéaire) ainsi que x2 en utilisant

l'outil Matlab pour les différentes valeurs initiales: ()()()()()()()0 0, 0.5,0 ; 1,0 ; 2,0 ; 3,0 ; 4,0 ; 2,8θ θ=ɺ. Quels sont vos commentaires ?

3.2/ Tracer l'évolution dans l'espace de phase (),θ θɺdes deux systèmes (système linéarisé et non linéaire) dans

la même figure pour les différentes valeurs initiales: ()()()()()()()0 0, 0.5,0 ; 1,0 ; 2,0 ; 3,0 ; 4,0 ; 2,8θ θ=ɺ. Conclure ?

4/ Influence de K

4.1/ Trouver le nouveau système d'équations d'état pour un coefficient K non nul ?

4.2/ Pour des valeurs positives ou négatives (exemple : K=1 ; K=0,1 ; K=-0,01 ; -0,03) et ()()0 0, 2,0θ θ=ɺ,

tracer l'allure de x

1 et de x2 ?. Quels sont vos commentaires ?

4.3/ Tracer l'évolution dans l'espace de phase (),θ θɺdes deux systèmes ? Déduire.

Etude du système par Simulink

a/ Pour le système 1 2

2 1 22sin.

x x g K x x xlml ɺ ; construire par Simulink sa représentation d'état ? b/ Visualiser la sortie x

1 pour (K=0 ; 0.1 ; -0.1) ?

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