[PDF] Chapitre 1 Oscillateur harmonique





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Gfkgjogùfjopùjophblkgmù jkhgùf johpù jop Gfkgjogùfjopùjophblkgmù jkhgùf johpù jop

17 juin 2013 On reprend la solution de l'équation différentielle pour le cas d'un système masse-ressort horizontal avec forces de frottements F : Page 13 ...



1 Oscillateur harmonique

8 sept. 2013 ... ressort) on trouve l'équation différentielle de x(t) : ... Par analogie avec le cas du système simple {masse unique + ressort}



Exercice 1 Déterminer léquation de mouvement du système masse Exercice 1 Déterminer léquation de mouvement du système masse

Déterminer l'équation de mouvement du système masse ressort amortisseur suivant : On obtient l'équation de mouvement qui est une équation différentielle de ...



Chapitre 1.6 – Loscillation vertical dun système bloc-ressort Chapitre 1.6 – Loscillation vertical dun système bloc-ressort

différentielle égale à l'oscillateur harmonique simple. OHS dont Analysons l'énergie d'un système masse-ressort oscillant à la verticale avec les équations du.



Système masse-ressort Une masse fixée à lextrémité libre dun

ressort hélicoïdal constitue un système masse-ressort. Pour de petits allongements ... équation différentielle semblable à celle pour le mouvement harmonique ...



Étude dun oscillateur (système masse-ressort)

18 juin 2012 Mots-clefs du projet : masse-ressort simulation



Partie 1 : Vibrations des systèmes linéaires de second ordre

21 août 2017 canonique de l'équation différentielle régissant le l'évolution du système. ... d'une masselotte de masse m et d'un ressort de raideur k. Par ...



Chapitre 1 Oscillateur harmonique

0 = r k m appelée la pulsation propre du système et dépendant uniquement des grandeurs du système : la raideur du ressort k et la masse m. b Équation du 



Chapitre I Généralités sur les Vibrations et les équations de Lagrange

IV.2.1 Exemple d'un système forcé amorti (système masse-ressort-amortisseur) V.3.2 Equation différentielle d'un système forcé à deux degrés de liberté ...



Étude dun oscillateur (cas du système masse-ressort)

18 juin 2011 Equation différentielle homogène du second ordre du système Masse-Ressort avec frottement. Régime pseudo-périodique. • La courbe théorique ...



Gfkgjogùfjopùjophblkgmù jkhgùf johpù jop

17 juin 2013 On reprend la solution de l'équation différentielle pour le cas d'un système masse-ressort horizontal avec forces de frottements F : Page 13. 13.



1 Oscillateur harmonique

8 sept. 2013 ... système masse-ressort horizontal non amorti la mise en équation du mouvement de la masse et la résolution de l'équation différentielle ...



Chapitre 1

loi de Newton à un système masse-ressort oscillant à l'horizontale sans frottement génère une équation différentielle égale à l'oscillateur harmonique 



Ressorts et equations differentielles.pdf

1 sept. 2011 I. Un ressort et une masse ... Écrire le système d'équations différentielles vérifiée par x1 et x2 . Introduire 0.



Partie 1 : Vibrations des systèmes linéaires de second ordre

problème dans le cadre d'un système “fermé”. 1.2 Équation canonique. Amortisseur b. Ressort



Cours de mécanique - M13-Oscillateurs

retrouver l'équation différentielle de l'oscillateur harmonique On reprend l'exemple des oscillateurs précédents : système masse-ressort horizontal ou.



Exercice 1 Déterminer léquation de mouvement du système masse

Déterminer l'équation de mouvement du système masse ressort amortisseur On obtient l'équation de mouvement qui est une équation différentielle de ...



Chapitre 1.1a – Les oscillations

L'oscillateur harmonique simple OHS est une équation différentielle dont la ? : Fréquence angulaire naturelle d'oscillation du système masse-ressort ...



Étude dun oscillateur (système masse-ressort)

18 juin 2012 système masse-ressort se basant sur le TP et faisant apparaître les conditions initiales et les différentes équations différentielles.



Chapitre 1 Oscillateur harmonique

Le système masse/ressort horizontal 1D et sans frottement est décrit par une équation différentielle linéaire d'ordre 2 à coefficients constants.



Chapitre 14 : Système solide-ressort - Physagreg

Le système serait donc constitué d’un ressort de longueur à vide l 0 qui lorsque qu’on lui accroche une masse m s’étire jusqu’à la longueur l : b Celui que l’on utilise en théorie (1) : Le ressort est horizontal une masse (ponctuelle) est accrochée à son extrémité



Chapitre 16 – L’oscillation vertical d’un système bloc

système masse-ressort oscillant sans frottement à la verticale est définie par l’équation suivante selon la convention x =y =0 : (2) eq 2 2 2 1 E = m? A +e ou ( ) 2 eq 2 2 1 E = k A +e Condition d’équilibre :x =y =0 lorsque e =e eq et mg =keeq où E: Énergie total du système masse-ressort à la verticale (J) k: Constant du



LE SYSTEME MASSE RESSORT - Physagreg

LE SYSTEME MASSE RESSORT La force F exercée par le ressort sur le solide accroché au bout du ressort est appelée force de rappel Elle est proportionnelle à l’allongement x du ressort : F kxi & avec k la constante de raideur du ressort et s’exprime N m1 Détermination de k : On suspend le ressort verticalement



Chapitre 12a – La dynamique du mouvement harmonique simple

loi de Newton à un système masse-ressort oscillant à l’horizontale sans frottement génère une équation différentielle égale à l’oscillateur harmonique simple OHS dont la solution est le mouvement harmonique simple MHS La fréquence naturelle d’oscillation ?



systemes differentiels - Université Paris-Saclay

Ce syst`eme est´equivalent a un syst`eme de 4´equations du premier ordre En e?et on introduit deux nouvelles fonctions inconnues z(t) et w(t) qui repr´esentent les vitesses z(t) = x 0(t) w(t) = y (t) On pose X(t) = x(t) y(t) z(t) w(t) A = 0 0 1 0 0 0 0 1 a1 b1 c1 d1 a2 b2 c2 d2 B(t) = 0 0 b1(t) b2(t)

Comment calculer la compression d’un ressort?

On a appliqué un peu de colle sous le bloc : par conséquent, il demeure collé au ressort et oscille verticalement. On désire déterminer la longueur du ressort (a)au point le plus haut et au point le plus bas de (b) l’oscillation. Évaluons la compression du ressort eqlorsque le bloc est à l’équilibre à l’aide de la 2eièmeloi de Newton selon l’axe .

Comment calculer la longueur d'un ressort?

On laisse tomber un bloc de 0,25 kg dans le tube : au moment où il entre en contact avec le ressort, il se déplace à 1 m/s. On a appliqué un peu de colle sous le bloc : par conséquent, il demeure collé au ressort et oscille verticalement. On désire déterminer la longueur du ressort (a)au point le plus haut et au point le plus bas de (b)

Comment calculer l’Equation différentielle du mouvement ?

Equation différentielle du mouvement : La 2èmeloi de Newton permet d’écrire : P R F ma G avec R &la force de réaction du sol sur le solide accroché au bout du ressort. Or 0 & & & P R (dans la position d’équilibre du ressort) donc F ma G

Comment calculer la force du ressort?

r?mg=0 (Force du ressort et force gravitationnelle) ke?mg=0 (Remplacer la force du ressort, F r=ke) eeq mg k= (Isoler et remplacerk e=e eq, équilibre) Référence : Marc Séguin, Physique XXI Tome C Page 4 Note de cours rédigée par Simon Vézina

PCSI2019-2 020,LycéeLalande,Bourg-en-Bre sseAlexandreAl les

Chapitre1

Oscillateurharmonique

Now,drop andgiveme50harmo nicoscillat ions...

Eureka(sa ison4,épisode14,2011)

Bibliographie

bCoursPTSI, B.Mollier!Chapitre6 bCapPrép aPhysiqueMPSI-PCSI-PTSI,Pérez,2013!Chapitre1

Enscienc esphysiquesnoustravaillonsa veccequel'on nommed esmodèles.Unmodèleconsisteenun ensembled'hypothèsesetde

lois"math ématiques"visantàdécriresimplementmaisnonmoin se ffi cacementunproblèmeréel. Denomb reuxproblèmesdephysiques

maiségalement dechimieoudebiolo giepeuven têtredécritpa rl'utilisatio nd'unmod èlephysique.Icinousallon sdécouvrirl'undes

modèleslesplusclassi ques(sije puisdirecélè bre)delaphysique:l'oscillateu rharmoni que .

Nousverrons égalementplustard(Chapitre 11)quelemodèled el'oscillateurha rmoniquenousper metdedécrirelemouvement

d'unsystèm eautourd'unepositiond'équilibre mais égalementq u'elleserencontredansdetrèsnombreuxdomai nesdelaphysique.

IOscillateurharmonique

1.1Premierex emple:lesystèmemasse/ressort

Soitunmass emattachéeàunress ortde raideurketlongueurà videl0.Onsupposequelamassepeutuniquementsedéplacer

sansfrotteme ntsuivantladirectionl'axeh orizontalOx.Lesystèmeétudiéestlamasserep éréeparsa position lelongde l'axeOxet

seraét udiédansleréférentielterrestresupposégali léen. •Ox

Figure1-Schémadusystèmemasse/re ssort

Bilandesforces:

Lepoids P=mgverticaletorientéversl ebas.

Laréact iondusupportvertical,orient évers lehautetcompe nsantlepoids.

Laforc ederappeldur essort ,horizontalettend antàra menerleressortàsalongue uraureposl0.Dansledomaineélastiqueduressort

elles'exprime

F=k(ll0)

ux(LoideH ooke).

Appliquerleprincipefondamentaldel adynamiquepuisuneprojec tionsuiva ntl'axeOxconduitàl' équation suivante

m a=⌃

F=)m¨x=kx.

avecx=ll0l'élongationduressort(i.e.l'écarten trelapo sitiondelamasseàl'inst anttet sapositionaurepos) .

Lesyst èmemasse/ressorthori zontal1Detsansfrottementestdécritparune équationdi ff

érentiellelinéaired'ordre2àco e

ffi cients constants,

¨x+!

2 0 x=0;(1) avec!0= r k m

appeléelapulsati onpropredusy stèmeetdépendantuniquement desgrandeursdusy stème :laraideurduressortk

etlamasse m. bÉquationdumouvementdusystè memasse /ressort

1.2Oscillateurharmonique

1.2.1Équationdel'oscillateurharmoniq ue

Plusgénéralement l'équationdi

ff

érentiellelinéaire(1)décritl'évolutiondesystèmequel'onnomme"oscillateursharmoniques".De

nombreuxsys tèmesphysiquesplusoumoins complexessontdécritparcetteéquati on.

L'équationdi

ff

érentiellelinéaire

d 2 y dt 2 2 0 y=C(avecCuneconstan teet!0lapu lsationpropredusystème)estap peléeéquationde l'oscillateurharmoniques. bÉquationdel'oscillat eurha rmonique

Onappelle oscillateurharmoniqueà1 dimension,toutsystèmepouvant être déc ritpar l'équationdi

ff

érentiellelinéaired'ordre2à

coe ffi cientsconstantssui vante d 2 y dt 2 2 0 y=C.(2) bOscillateurharmonique 10 PCSI2019-2 020,LycéeLalande,Bourg-en-Bre sseAlexandreAl les

1.2.2Résolutiondel'équation

Lasolution généraledel'équation( 2)sedécomposeendeuxtermesy(t)=y0(t)+y1(t),y0laso lutiongénéraledel'équatio nhomogène

(sanssecondm embre,i.e.C=0)ety1unes olutionparticulièredel'équati on. y0(t)=Y0cos(!0t+0); y1(t)=C0.

AvecY0l'amplitude,0laph aseàl'origineet C0unecon stante(carl'équationdel'oscill ateursharmoni queestàcoefficientsconstants),

troisréels quiserontdéterminés grâceauxconditions initiales.

Grâceàunpeud etrig onométrieo npeutrééc rirelasolutio ngénéraledel'équationhomogèneco mme

y0(t)=Acos(!0t)+Bsin(!0t)avecY0= p A 2 +B 2 et0=arc tan B A

Onappelle oscillateurtoutsyst èmedontladynamiqueest périodiqueauc oursdutemps,onparle d'oscillateurharmoniquesila

dépendancetemporel leestsinusoïdale. bOscillateur

1.2.3Retoursurlesystème masse/resso rt

L'équationdel'oscillateur harmoniquemasse/ressortvu précédemments'écrit¨x+! 2 0 x=0avec!0= r k m

Lasolution d'unetelleéquation peuts'écrirex(t)=Acos(!0t)+Bsin(!0t)+C0,po urdéterminer lesconstantesilfautréinjecterce tte

fonctiondansl'équation dontelleest lasolution.Ceciconduità A! 2 0 cos(!0t)B! 2 0 sin(!0t)+! 2 0 (Acos(!0t)+Bsin(!0t)+C0)=0=)! 2 0 C0=0;

Afindedéte rminer lescoe

ffi cientsAetB,ilfautét ud ierles condit ionsin itiales. Ainsilavaleurdecesco e ffi cientsdépendradup roblème

étudié.Icinousallonsconsidéré qu'initialement lamasseest légèrementécart éev ersladroiteafind'avoiru nressortde longueurl àl'instantinitiallamasseestlâchéesansvitessey(0)=A=x0et˙y(0)=B=0. Dansnotrecas l'expressionde lapositio ndelamasseaucoursdutempsprendlaforme x(t)=x0cos(!0t); avecx0=(ll0)(t=0)l'élongationinitialeduressort,l0lalo ngueuraureposduressortet !0= r k m lapu lsationpropredusystème oùkestlaconst ante deraideurduressortetmlama ssedelamasse. bSolutionduproblèmemasseressortp ourdes conditionsinitia lesdonnée s

1.3Caractérisationdumouvement

Onappelle l'amplitudedusystèmel'éc artentrelav aleurmaximaleet lavaleurmédianeque peutprendrelesystème ymax,sonunité

dépendduproblème étudié. bAmplitudedumouvement Remarque:Dansle casdusystèm emas se/ress ort1Dl'amplitudeestA=x0,elles'exprimeenm,voirFigure2.

Onappe llepulsationpropre dusystèmelecoe

ffi cient!0quiappa raitdansl'équationdel'oscillateu rharmonique d 2 y dt 2 2 0 y=C.Il s'exprimeens 1 bPulsationpropredu système Remarque:Dansl ecasdusys tèmem asse ressortlapulsationpropreest!0= r k m Lafréqu enced'unoscillateurestr eliéeàlapuls ationpropreparlarelation!0=2⇡f. bFréquence Remarque:Danslecasdu systèm emasseres sortl afréquenceestf= !0

2⇡

1

2⇡

r k m ,elles'exprimeenHz. Lapéri odedusystèmeestrelié àlafréq uenceparT= 1 f ,elles'exprimeens. bPériode Remarque:Dansle casdusystèm em asse ressortlapériodeestT=2⇡ r m k .Ellepeutseliregraphiquement,voirFigure2. 11 PCSI2019-2 020,LycéeLalande,Bourg-en-Bre sseAlexandreAl les x x 0 t T Figure2-Évolutiondel'élongationduressortxenfoncti ondutemps.

1.4Retoursurlesystème masse/resso rt,aspecté nergétique

Nouspouvon svérifierl'expressiondel'élongationd uressortx(t)=x0cos(!0t)grâceàune approche énergéti que.L'énergiemécanique

d'unteloscil lateurs 'écrit

Em=Ec+Ep=

1 2 mv 2 1 2 kx 2 1 2 mx 2 0 2 0 sin 2 2 0 )+kx 2 0 cos 2 (!0t) 1 2 k 2 x 2 0 (sin 2 (!0t)+cos 2 (!0t)) 1 2 k 2 x 2 0 .(3) L'énergiet otaled'unoscillateurharmonique seconserve. bConservationdel'énergie

L'approcheénergétiquepermetégalement d'obtenirl'équationrégissan tladynamiqued'unoscillat eurharmonique.Danslecasd u

systèmemasseressort l'énergiemécan iques'écritEm= 1 2 mv 2 1 2 kx 2 1 2 m˙x 2 1 2 kx 2 .L'énergietotaleseconserve,cequisignifieque sadériv éeparrapport autempsestnulle. dE dtquotesdbs_dbs7.pdfusesText_13
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