
Correction du Devoir Maison - Mécanique non galiléenne
x1(t) = xe−ℓ0ω2
Ω2−ω2cos(ω0t) = ℓ0
Ω2−ω2Ω2−ω2cos(ω0t)
La solution est oscillante, l’équilibre est donc stable !
6La projection du PFD selon −→
ey1conduit cette fois-ci à
0 = Ry−2mω ˙x1
L’expression obtenue à la question précédente de x1(t)permet de calculer la dérivée et donne
Ry=2mℓ0ω3
ω0
sin(ω0t)
La projection selon −→
ezdonne elle Rz=mg
7La nouvelle équation différentielle est désormais, en posant ω2
0=ω2−Ω2,
¨x1−ω02x1=ℓ0Ω2
Ainsi x1(t) = −xe+Ach (ω0t) + Bsh (ω0t)
L’équilibre n’existe donc pas, puisque la solution est explosive (sauf si on est en t= 0 en xeavec une vitesse nulle,
mais tout écart de cette position conduira le point Mà l’infini). En pratique, le ressort cassera avant !
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−→
R,−→
fcet −→
Pne travaillent pas! Restent la force d’entrainement et le ressort qui fournissent l’énergie potentielle
Ep=1
2k(x1−ℓ0)2−1
2mω2x12
L’énergie mécanique totale dans le référentiel de la tige, obtenue en ajoutant l’énergie cinétique due à la vitesse
relative, vaut donc
Em=1
2mvr2+1
2k(x1−ℓ0)2−1
2mω2x12
expression dans laquelle −→
vr= ˙x1
−→
ex1. En l’absence de frottement, cette énergie se conserve, et une dérivation donne
0 = m¨x1˙x1+k(x1−ℓ0) ˙x1−mω2˙x1x1
Si la dérivée de x1était identiquement nulle, cela signifierait que Mne bouge pas, cette situation est sans intérêt.
On peut donc diviser par cette dérivée, et parvenir à
¨x1+k−mω2
mx1=kℓ0
m
qui est bien la même équation différentielle! Ouf !
9On recherche les positions d’équilibre parmi les points permettant d’annuler la dérivée de l’énergie potentielle :
dEp
dx1
=k(x1−ℓ0) ˙x1−mω2˙x1x1
qui s’annule pour x1=xEavec k(xE−ℓ0) = mω2xE
soit xE=xe
C’est bien la même solution, re-ouf ! Pour la stabilité, on calcule la dérivée seconde et on regarde son signe au point
d’équilibre :
d2Ep
dx12=k(x1−ℓ0) ¨x1+k( ˙x1)2−mω2¨x1x1−mω2( ˙x1)2
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