[PDF] Cours de mécanique - M13-Oscillateurs





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

L'application de la 2ième loi de Newton à un système masse-ressort oscillant à la verticale sans frottement sous l'effet de la gravité génère une équation.



Résolution Énoncé

Bilan des forces exercées sur le système : – force exercée par le ressort sur la masse elle est propor- tionnelle à l'allongement du ressort



Oscillateur harmonique Oscillateur harmonique

13 nov. 2017 Exercice 2 : Une masse et deux ressorts ... Exercice 3 : Oscillateur masse-ressort vertical z. 0 z(t). O. M. 1 ⊳ Système : le cylindre de masse m ...



1 Oscillateur harmonique 1 Oscillateur harmonique

8 sept. 2013 Une application importante concerne le système masse-ressort vertical. Exercices de niveau 2. Exercice 4. La force exercée par la charge ...



Étude dun oscillateur (système masse-ressort) Étude dun oscillateur (système masse-ressort)

18 juin 2012 linéaire du point B sur l'axe vertical. A l'équilibre ... Cours de mécanique (PDF) : Oscillation verticale du système masse-ressort et étude.



Influence dun temps limite à lépuisement en course à pied sur la

déplacement vertical du centre de masse respectivement. Le compression de la jambe-ressort



Phy 12a/12b Oscillateur harmonique : corrections 2013-2014

Système : le cube de masse constante m = ρc a3. Repère : R(Ok) avec Une masse m est accrochée à un ressort sans masse de raideur k et de longueur à vide l0.



Chapitre 4 Les oscillateurs libres

21 nov. 2003 Deuxième exemple : le système masse ressort vertical. Prenons le même ressort de raideur k et plaçons le verticalement. Il est accroché en ...



Système masse-ressort Méthode 2 : Pendule

Système masse-ressort au repos. On considère une masse m suspendue à un ressort vertical (raideur k longueur à vide l0). À l'équilibre



Chapitre 1.6 – Loscillation vertical dun système bloc-ressort

L'application de la 2ième loi de Newton à un système masse-ressort oscillant à la verticale sans frottement sous l'effet de la gravité génère une équation.



Cours de mécanique - M13-Oscillateurs

2 Système solide-ressort horizontal sans frottement. 2.1 Problème 4 Soit un point M de masse m accroché à l'extrémité d'un ressort vertical sans masse.



Résolution Énoncé

Le ressort vertical sans masse posée sur lui a une longueur . Lorsqu'on pose la masse En établissant le bilan des forces agissant sur un système à.



Oscillateur harmonique Oscillateur harmonique

13 nov. 2017 Exercice 3 : Oscillateur masse-ressort vertical ... 2 - On considère le système ci-contre où ki et l0i sont les raideurs et longueurs à vide ...



Physique 5 Comportement dynamique dun système au voisinage d

3.2 Système masse-ressort vertical . s'appliquer à un système masse-ressort ou bien à un circuit LC. Toutefois



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 ... linéaire du point B sur l'axe vertical.



LOSCILLATEUR HARMONIQUE

I. Première observation : mouvement d'une masse accro- chée à un ressort. 1. En classe. Expérience : si on accroche une masse à un ressort vertical à spires 



Oscillateur harmonique

Représenter un système masse-ressort horizontal : Exercice 5 : Bille accrochée à un ressort vertical ... Représenter le système masse-ressort aux.



Système masse-ressort Une masse fixée à lextrémité libre dun

Une masse de 100 g oscille verticalement à l'extrémité libre d'un ressort. La position d'équilibre avec la masse suspendue correspond à un allongement de 2 cm 



COURS DE MECANIQUE - VIBRATIONS 1ère année

Figure 6.6 : Système masse / ressort vertical a) ressort seul ni tendu ni comprimé b) système à l'équilibre



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

L’énergie d’un système masse-ressort à la verticale Analysons l’énergie d’un système masseressort oscillant à la verticale avec les équations du - mouvement suivantes selon la convention x =y =0 : x (t) = A sin (? t +?) et () = = A ? (? t +?) t x t v x t cos d d où ?= k / m ondition d’équilibreC : x = y =0



Les oscillateurs harmoniques amortis et non amortis en mécanique

ressorts ou plac ees a l’extr emit e des pendules) a des syst emes continus ou la masse est r epartie continumen^ t dans l’espace (par exemple le long d’une corde) Ce cours devrait donc vous permettre d’utiliser et d’approfondir les notions de m ecanique acquises en L1 et au 1er semestre de L3 a etablir un lien avec le cours



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 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

Quelle est la différence entre un ressort horizontal et vertical ?

En effet, quand le ressort est horizontal, la position d’équilibre correspond à la longueur à vide (car pas de force appliquée au ressort). Mais en vertical, le ressort est soumis à une force qui tire la masse vers le bas (correspondant au poids de la masse) : la longueur du ressort à l’équilibre, notée l éq, ne sera donc pas égale à l 0.

Comment utiliser le système masse-ressort vertical ?

C’est ce que nous allons voir tout de suite avec le deuxième exemple : le système masse-ressort vertical. On prend le même ressort et la même masse que précédemment mais on attache cette fois-ci le ressort au plafond. L’axe est pris vers le bas afin que uext corresponde là encore à ux.

Comment trouver la même équation que le ressort horizontal ?

On retrouve la même équation que pour le ressort horizontal : c’est normal, on trouvera toujours cette équation si on prend l’origine du repère au niveau de la position d’équilibre, cela permet comme on vient de le voir « d’annuler » le second membre de l’équation différentielle.

Quels sont les différents types de systèmes de masse-ressort ?

Commençons donc par l’exemple le plus simple : le système masse-ressort horizontal. Le système masse-ressort horizontal est très simple : on considère un ressort de longueur à vide l 0 et de raideur k, accroché à un point fixe à son extrémité gauche, et à un objet de masse m à son extrémité droite (l’objet est parfois appelé masse) :

Cours de mécanique - M13-Oscillateurs

Cours de mécanique

M13-Oscillateurs

1 IntroductionNous étudierons dans ce chapitre en premier lieu l"oscillateur harmonique solide-ressort

horizontale, nous introduirons donc la force de rappel du ressort et nous découvrirons l"équation

différentielle de l"oscillateur harmonique et sa solution. L"oscillateur solide-ressort vertical sera ensuite abordé : tout d"abord, ce sera l"occasion de

retrouver l"équation différentielle de l"oscillateur harmonique, puis nous introduirons des frotte-

ments fluides pour voir le comportement du système. Enfin, nous aborderons un oscillateur à deux dimensions, le pendule simple. Cela permettra l"introduction de la base de projection polaire.

2 Système solide-ressort horizontal sans frottement

2.1 Problème 4

Soit un point M de massemaccroché à l"extrémité d"un ressort horizontal sans masse. Le point M se déplace sans frottement sur le plan horizontal. At= 0, on écarte ce point de sa position d"équilibre d"une grandeurxmpuis on le lâche sans vitesse initiale. Quel est son mouvement, quels sont ses caractéristiques?

2.2 Système

Le point M de massem.

2.3 Référentiel et base de projection

Référentiel lié au plan horizontal sur lequel se déplace le point M, référentiel terrestre

considéré comme galiléen. On prendra une base cartésienne à une dimension : un axe Ox horizontal permettra de repérer le point M.

2.4 Bilan des forces

Le point M est soumis :

à son p oids-→P, force verticale vers le bas;

à la réaction-→Rdu support, réaction verticale vers le haut car il n"y a pas de frottement

avec le plan horizontal. à la force de rapp eldu ressort ----→Frappel, force horizontale.

Cette force est proportionnelle à l"allongement du ressort et à une constante qui caractérise

sa raideur et qui s"exprime enN.m-1. rappel=k×allongement(1)

Mécanique M13-Oscillateurs 2.5 PFD

L"allongement du ressort à un instanttest défini par :

allongement =?-?0(2)Si?est la longueur du ressort à l"instanttet?0sa longueur à vide c"est à dire au repos.

Observons deux situations pour connaître l"expression vectorielle de la force de rappel du ressort : Ici, l"origine de l"axe des abscisse coïncide avec la longueur à vide du ressort. Ainsi, l"allongement du ressort est égal à l"abscissex: x=?-?0(3) si le ressort est comprimé, l"allongement est négatif, la force-→Fest dirigé dans le sens de l"axe Ox donc : -→F=-k(?-?0)-→ex=-kx-→ex si le ressort est étiré, l"allongement est positif, mais la force-→Fest dirigé dans le sens inverse de l"axe-→ex, donc : ex? 0O1 x <0?

P-→

R-→

2x >0?

P-→

R-→

FFigure1 - Forces s"exerçant sur la

masse accrochée au ressort horizontalA retenir

La force de rappel d"un ressort s"écrit :

quel que soit l"état du ressort.2.5 2ème Loi de Newton : obtention de l"équation différentielle

Appliquons la deuxième loi de Newton puis projetons-la sur la base de projection choisie : projection suivant Ox=? -kx=m¨x(6) ??¨x+km x= 0(7)

2.6 Solution de l"équation différentielle : oscillations harmoniques et carac-

téristiques

2.6.1 Notion de pulsation

L"équation différentielle précédente s"écrit généralement de la manière suivante :

¨x+ω20x= 0(8)

avecω0nommée pulsation propre.

Mécanique M13-Oscillateurs 2.6 Solution

2.6.2 Expression de la solution

Mathématiquement, cette équation a pour solution une fonction sinusoïdale :

x(t) =Acos(ω0t+φ)(9)oùAetφsont des constantes déterminées à partir des conditions initiale.Aest appelé amplitude

et s"exprime en mètre (m) etφphase à l"origine exprimée en radian (rad).

Utilisation des conditions initiales

A t= 0,x(t= 0) =xm=?Acosφ=xm

On a : v(t) =-ω0Asin(ω0t+φ)

Alors àt= 0,v(t= 0) =-ω0Asin(φ) = 0.

Aetω0ne peuvent être nuls doncsinφ= 0 =?φ= 0 [π].

Et finalementA=xm.

La solution s"écrit donc :

x(t) =xmcosω0t2.6.3 Allure de la solution

Les oscillations du point M sont sinusoïdales

d"amplitudexmet de période propre :

0=2πω

0= 2π?m

L"oscillateur est qualifié d"harmonique car ses oscillations sont d"amplitude constante, et de période propreégalement constante dont la valeurne dépend que des caractéristiques du système solide-ressort.tx m-xmFigure2 - Oscillations harmoniquesA retenir L"équation différentielle de l"oscillateur harmonique a pour expression :

¨x+ω20x= 0avecω20=km

Les oscillations ont pour expression :

x(t) =xmcos(ω0t) =xmcos?2πT 0t? avecT0= 2π?m Mécanique M13-Oscillateurs 3. Système solide-ressort vertical sans frottement

3 Système solide-ressort vertical sans frottement

Problème 5Soit un point M de massemaccroché à l"extrémité d"un ressort vertical sans masse. At= 0,

on écarte ce point de sa position d"équilibre d"une grandeurxmpuis on le lâche sans vitesse initiale. Quel est son mouvement, quels sont ses caractéristiques?

3.1 Résolution

Le système est toujours le point M de massem, le référentiel toujours terrestre et galiléen

et le bilan des forces est identique. On choisira aussi une base cartésienne à une dimension, un axe Ox, vertical descendant.

Ici, l"origine de l"axe des abscisses ne

coïncide pas avec la longueur à vide du ressort : x=?-?éq(10)

La force de tension s"écrit toujours :

F=-k(?-?0)-→ex(11)

elle n"est pas nulle à l"équilibre.O xx(t)l

éq-→

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