Bilan énergétique, amortissement et résonance

Difficile
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Énoncé

Un pendule élastique horizontal est constitué d'une masse et d'un ressort de raideur . On l'écarte de et on le lâche sans vitesse initiale. On néglige d'abord les frottements, puis on les prend en compte. On prendra et . 1) Calculer la période propre de l'oscillateur. 2) Calculer l'énergie mécanique du système. 3) En déduire la vitesse maximale de la masse. 4) Déterminer l'élongation pour laquelle l'énergie cinétique est égale à l'énergie potentielle élastique. 5) On soumet maintenant l'oscillateur amorti à un excitateur de fréquence réglable. Décrire ce que l'on observe et préciser le rôle de l'amortissement.

Indices

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1 Indice 1
Les quatre premières questions se traitent par conservation de l'énergie mécanique, calculée une fois pour toutes à l'amplitude où la vitesse est nulle. Pour la question 4, chaque forme d'énergie vaut alors la moitié du total.
2 Indice 2
La question 5 est qualitative : décris l'amplitude des oscillations forcées en fonction de la fréquence de l'excitateur, et dis ce qu'un amortissement plus fort fait au sommet de cette courbe.

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La méthode — par où commencer

Les quatre premières questions se traitent par conservation de l'énergie mécanique, calculée une fois pour toutes à l'amplitude où la vitesse est nulle. Pour la question 4, chaque forme d'énergie vaut alors la moitié du total.

La question 5 est qualitative : décris l'amplitude des oscillations forcées en fonction de la fréquence de l'excitateur, et dis ce qu'un amortissement plus fort fait au sommet de cette courbe.

La rédaction complète, étape par étape, se trouve juste en dessous.

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