2000 : Oscillations mécaniques et frottements

 

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Un ressort (R)  éspires non jointives, parfaitement élastique et de masse négligeable, a une constante de raideur K. Il est relié à un solide (S) de masse m, à l'une de ses extrémités,

L'autre est fixe. Les oscillation de (S) sont entretenues grâce à une force F horizontale telle que F=Fm.cos(\omega t+\omega ). Dans son mouvement, le solide (S) est soumis à une force de frottement fluide \overrightarrow{f}=-\alpha \overrightarrow{V};\overrightarrow{V} étant le vecteur vitesse du solide (S) en translation et a une constante positive appelée coefficient de frottement

1. En utilisant le théorème du centre d'inertie montrer que l'élongation x vérifie l'équation différentielle :

\left( m\frac{d^{2}x}{dt^{2}}+\alpha \frac{dx}{dt}+kx=F_{m}\cos \left( \cot+\varphi \right) \right)

2. On prendra comme solution d'une telle équation x= X_{m}.\cos\omega t. A l'aide de la construction de Fresnel, déterminer les expressions de \tan \varphi et de Xm en fonction de F_{m}, a,\omega , K et m.

3.1 Pour quelle valeur de notée \omega _{r} a-t-on la résonance d'amplitude. (C'est-à-dire que l'amplitude X_{m} est maximale).

Quelle condition doit vérifier a pour que \omega _{r} existe ? Calculer \omega _{r} pour K=150N/m ;m=500g et a=10S.I.

 

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