Exercice de cinématique du point

a marqué ce sujet comme résolu.

Bonsoir, voici un exercice encore laissé sans correction.

Du coup, voici ma résolution, pouvez-vous me corriger?

Voici un point M, dans un repère orthonormée (O, i, j), défini par : OM(t)=(ωt+2sin(ωt))i+2(1cos(ωt))j\vec{OM}(t) = (\omega t + 2 \sin(\omega t)) \vec{i} + 2(1 - \cos(\omega t))\vec{j}.

Voici les questions :

a) Calculer le vecteur vitesse

b) Quelle sont les instants où la tangente à la trajectoire est horizontale?

c) Calculer la norme de la vitesse. Pour quels points cette vitesse est-elle extremum?

d) Calculer le vecteur accélération

e) Déterminer les intervalles de temps durant lesquels le mouvement est accéléré et ceux durant lesquels le mouvement est décéléré.

f) Cette trajectoire a-t-elle des symétries particulières?

g) A partir de l’expression de la vitesse du point M, montrer que le mouvement est composé de deux mouvements simples.

a) Je trouve v(M,t)=(ω+2ωcos(ωt))i+2ωsin(ωt)j\vec{v}(M,t) = (\omega + 2 \omega \cos(\omega t))\vec{i} + 2 \omega \sin(\omega t) \vec{j}.

b) Hum, cette question, j’ai un peu de mal. J’ai dans l’idée que la tangente est horizontale si et seulement si 2ωsin(ωt)=02 \omega \sin(\omega t) = 0 (auquel cas la vitesse, tangente à la trajectoire, n’est dirigé que selon l’axe x).

c) Je trouve : v(M,t)=ω4cos(ωt)+5||\vec{v}(M,t)|| = \omega \sqrt{4\cos(\omega t) + 5}.

Pour la deuxième partie en revanche, j’ai aussi du mal.

d) Je trouve γ(M,t)=(2ω2sin(ωt))i+2ω2cos(ωt)j\vec{\gamma}(M,t) = (-2\omega^2 \sin(\omega t)) \vec{i} + 2\omega^2 \cos(\omega t)\vec{j}

e) Je calcule dv(M,t)dt=4ω2sin(ωt)24cos(ωt)+5\dfrac{d||\vec{v}(M,t)||}{dt} = \dfrac{-4\omega^2sin(\omega t)}{2\sqrt{4\cos(\omega t) + 5}} qui est du signe du numérateur.

Donc le mouvement est décéléré pour tkZ]πω+2kπ,2kπ[t \in \bigcup_{k \in \mathbb Z} ]\dfrac{-\pi}{\omega} + 2k\pi, 2k\pi[ et accéléré pour tkZ]2kπ,πω+2kπ[t \in \bigcup_{k \in \mathbb Z} ]2k\pi, \dfrac{\pi}{\omega} + 2k\pi[.

Oulà je suis certain d’avoir écris une grosse bêtise ici, vous m’excuserez. ^^

Pour les deux question restantes, j’ai vraiment du mal aussi. Que veulent-t-ils dirent par "deux mouvements simples"?

Je vous remercie du temps consacré à la lecture et à la réponse à mon message.

Salut, on ne t’arrête plus !

Je n’ai pas vu de grosse bêtise, c’est correct. Il reste à résoudre la b) jusqu’au bout.

Dans la e) tu fais une union sur kZk \in \mathbb{Z} donc tu considères qu’il existe des instants t négatifs (pourquoi pas en fait, sans information supplémentaire ça n’a pas d’importance).

"deux mouvements simples" signifie que tu peux décomposer le mouvement du point en deux mouvements basiques : circulaire, rectiligne très probablement.

On peut donner une image peut-être : un enfant sur un cheval de manège. Le mouvement de l’enfant par rapport à la terre est compliqué à décrire. En réalité il s’agit d’une translation verticale du cheval de manège combinée au mouvement circulaire du manège.

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Je suis d’accord avec le message de @MichelPro : tes réponses sont correctes pour les questions a) à d) selon mes calculs.
Juste une remarque de notation : on note plus généralement la vitesse d’un point comme ceci : vM(t)\vec v_M(t). Il en va de même pour γM(t)\vec \gamma_M(t).

Je vous remercie pour l’attention accordée à mon exercice.

Du coup, la question b) est-elle juste?

Et pour la deuxième partie de la question c)? J’ai dans l’idée que la vitesse admet des extremums pour cos(ωt)=±1\cos(\omega t) = \pm 1 soit t=kπωt = \dfrac{k\pi}{\omega}.

Quant à la toute dernière question, je serai tenter de ré-écrire : vM(t)=ωi+2ωcos(ωt)i+2ωsin(ωt)j\vec{v}_M(t) = \omega \vec{i} + 2 \omega \cos(\omega t) \vec{i} + 2 \omega \sin(\omega t) \vec{j} mais j’ai du mal à conclure.

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Salut,

  • b) est juste mais il faut trouver les instants tt vérifiant l’équation que tu as proposée (tu as fait le plus dur en fait).

  • Pour c) c’est exactement ça, il faut simplement trouver les extrema de la fonction vv qui coïncident donc avec ceux de coscos : la vitesse est maximale pour cos(ωt)=1cos(\omega t) = 1 et minimale si c’est -1.

  • La dernière question est bien partie aussi. En fait on a l’habitude d’étudier les mouvements circulaires en coordonnées polaires, mais tes deux derniers termes correspondent à un paramétrage de cercle en coordonnées cartésiennes, ce qu’on ne peut pas deviner facilement quand on n’a pas étudié les mouvements circulaires uniformes ou qu’on ne l’a fait qu’en coordonnées polaires.

La donnée du vecteur vitesse (celle du vecteur position aussi d’ailleurs) permet de montrer que tu as une translation rectiligne uniforme suivant i\vec{i} due au terme ωi\omega\vec{i} et un mouvement circulaire uniforme (les deux derniers termes)

Je rajouterai qu’il n’est pas inutile dans ce type d’exercice de visualiser un peu ce que ça peut donner "en vrai" à l’aide d’un logiciel comme Geogebra. Tout dépend évidemment des outils dont on a le droit de disposer pour résoudre le problème.

M (t)
M (t)

J’ai choisi arbitrairement ω\omega = 4. Cela donne un peu de sens à l’exercice en question … Ne serait-il pas dommage de s’en priver ? :)

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