Exercices de Mยดecanique
โ– Cinยดematique : rep`eres, bases, trajectoires et mouvements M1
oMยดethode 1.โ€” Une base locale (comme la base cylindrique) est dยดe๏ฌnie :
- en un point ๐‘€de lโ€™espace (ยซ localement ยป, donc !)
- par rapport ร  trois directions orthogonale ๏ฌxes du repรจre cartรฉsien dans lequel
on travaille.
รœIl faudra donc toujours reprรฉsenter en premier le repรจre cartรฉsien (une origine
๐‘‚, trois axes ๐‘‚๐‘ฅ,๐‘‚๐‘ฆ et ๐‘‚๐‘ง qui doivent รชtre orientรฉs par une ๏ฌ‚รจche, et les trois
vecteur unitaires โˆ’โ†’
๐‘’๐‘ฅ,โˆ’โ†’
๐‘’๐‘ฆ,โˆ’โ†’
๐‘’๐‘งcorrespondants) avant de dessiner la base locale au
point ๐‘€.
Ex-M1.1 Base locale cylindrique
Recopier les trois schยดemas suivants. Y faire apparaห†ฤฑtre les trois vecteurs de la base cylindrique et
les coordonnยดees cylindriques correspondante. Exprimer, dans cette base locale,le vecteur position
โˆ’โˆ’โ†’
๐‘‚๐‘€, le vecteur vitesse โˆ’โˆ’โˆ’โ†’
๐‘ฃ๐‘€/โ„›et le vecteur dยดeplacement ยดelยดementaire ๐‘‘โˆ’โˆ’โ†’
๐‘‚๐‘€.Rยดep. : cf. p. 5.
Retenir :
D`es la 1epยดeriode,
nous avons absolu-
ment besoin de la
base cylindrique
รœdonc :
la comprendre et bien
lโ€™ยดetudier d`es `a prยดesent.
exey
ez
H
m
M
O
xy
z
ex
ey
Ozx
y
M
Vue de dessus z
HM
m
O
Vue dans le
"plan de la porte"
ez
Ex-M1.2 Mouvement circulaire uniforme :
Un ยซ disque vynile 33 tr ยป, placรฉ sur la platine du tourne-
disque, e๏ฌ€ectue un mouvement de rotation uniforme ร  raison
de 33 tours par minute. Calculer :
1) sa vitesse angulaire de rotation, sa pรฉriode et sa frรฉ-
quence ;
2) la vitesse et les accรฉlรฉrations (normale, tangentielle et
totale) dโ€™un point ๐‘€ร  la pรฉriphรฉrie du disque (rayon ๐‘…=
15 ๐‘๐‘š).
3) mรชme question pour un point ๐‘€โ€ฒtournant ร  ๐‘Ÿ= 5๐‘๐‘š
du centre du disque.
Rรฉp. : 1) ๐œ”= 3,5๐‘Ÿ๐‘Ž๐‘‘.๐‘ โˆ’1;๐‘“= 0,55 ๐ป๐‘ง ;๐‘‡= 1,8๐‘ .
2) ๐‘ฃ= 0,52 ๐‘š.๐‘ โˆ’1;๐‘Ž๐‘›= 1,8๐‘š.๐‘ โˆ’2;๐‘Ž๐‘ก= 0 ;๐‘Ž=๐‘Ž2
๐‘ก+๐‘Ž2
๐‘›.
3) ๐‘ฃโ€ฒ= 0,17 ๐‘š.๐‘ โˆ’1;๐‘Žโ€ฒ
๐‘›= 0,6๐‘š.๐‘ โˆ’2;๐‘Žโ€ฒ
๐‘ก= 0 ;๐‘Žโ€ฒ=๐‘Žโ€ฒ
๐‘›.
Conclusion :
Sโ€™il y a une chose `a retenir de cet exercice, cโ€™est que lโ€™accยดelยดeration dโ€™un
mouvement uniforme nโ€™est pas nulle si la trajectoire nโ€™est pas une droite.
Autrement dit :
Seul le mouvement rectiligne uniforme poss`ede une accยดelยดeration nulle.
Ex-M1.3 Centrifugeuse
Au cours de leur entraห†ฤฑnement, les cosmonautes sont placยดes sur un si`ege ๏ฌxยดe `a lโ€™extrยดemitยดe dโ€™un
bras de longueur ๐‘™, en rotation de vitesse angulaire ๐œ”constante.
PTSI โˆฃExercices โ€“ Mยดecanique 2009-2010
Calculer ๐œ”en tours par minute, si ๐‘™= 5 ๐‘šet si lโ€™accยดelยดeration obtenue a pour valeur 6๐‘”.
(๐‘”= 9,81 ๐‘š.๐‘ โˆ’2)
Rยดep. : ๐œ”โ‰ƒ3,43 ๐‘Ÿ๐‘Ž๐‘‘.๐‘ โˆ’1
Ex-M1.4 Q.C.M. sur lโ€™accยดelยดeration :
Pour chacune des questions, indiquer les propositions exactes :
1) Le vecteur accยดelยดeration dโ€™un point ๐‘€:
a) est ยดegal `a la variation de la vitesse par unitยดe de temps ;
b) est ยดegal `a la dยดerivยดee par rapport au temps du vecteur vitesse instantanยดee ;
c) poss`ede, lorsquโ€™on lโ€™exprime dans une base orthonormยดee, des coordonnยดees obtenues en dยดerivant
les coordonnยดees correspondantes du vecteur vitesse.
2) Le vecteur accยดelยดeration dโ€™un point ๐‘€en mouvement rectiligne accยดelยดerยดe est :
a) toujours portยดe par la trajectoire ;
b) de mห†eme sens que le vecteur vitesse ;
c) toujours de valeur constante.
3) Le vecteur accยดelยดeration dโ€™un point ๐‘€se dยดeplaยธcant sur une trajectoire curviligne est :
a) tangent `a la trajectoire ;
b) dirigยดe vers lโ€™intยดerieur de la trajectoire ;
c) nul si la vitesse de ๐‘€est constante.
4) Lโ€™unitยดe de mesure de lโ€™accยดelยดeration est : a) ๐‘š.๐‘ 2b) ๐‘š2.๐‘ 2c) ๐‘š.๐‘ โˆ’2.
Rยดep. : cf. p. 4.
Ex-M1.5 ยด
Elยดements cinยดetiques et base cartยดesienne [P9/255]
On consid`ere un point ๐‘€en mouvement dont les coordonnยดees cartยดesiennes sont, `a chaque ins-
tant : ๐‘ฅ(๐‘ก) = ๐‘Ž0๐‘ก2+๐‘ฅ0,๐‘ฆ(๐‘ก) = โˆ’๐‘ฃ.๐‘ก et ๐‘ง(๐‘ก) = ๐‘ง0, avec ๐‘ฅ0= 1 ๐‘š,๐‘ง0=โˆ’1๐‘š,๐‘Ž0= 2 ๐‘š.๐‘ โˆ’2et
๐‘ฃ= 3 ๐‘š.๐‘ โˆ’1
1) Dยดeterminer les composantes des vecteurs vitesse et accยดelยดeration dans la base cartยดesienne.
2) Calculer la norme de la vitesse de ๐‘€`a la date ๐‘ก= 2 ๐‘ .
3) Calculer la norme de lโ€™accยดelยดeration de ๐‘€`a la date ๐‘ก= 1 ๐‘ .
Rยดep. : 2) ๐‘ฃ(2 ๐‘ ) = 8,5๐‘š.๐‘ โˆ’1;3) ๐‘Ž(1 ๐‘ ) = ๐‘Ž= 4 ๐‘š.๐‘ โˆ’2
Ex-M1.6 ยด
Elยดements cinยดetiques et base cylindrique [P9/255]
On consid`ere un point ๐‘€en mouvement dont les coordonnยดees cylindriques sont, `a chaque ins-
tant : ๐‘Ÿ(๐‘ก) = ๐‘Ž0๐‘ก2+๐‘Ÿ0,๐œƒ(๐‘ก) = ๐œ”.๐‘กโˆ’๐œƒ0et ๐‘ง(๐‘ก) = โˆ’๐‘ฃ.๐‘ก, avec ๐‘Ÿ0= 1 ๐‘š,๐‘Ž0=๐‘™ ๐‘š.๐‘ โˆ’2,๐œ”= 3 ๐‘Ÿ๐‘Ž๐‘‘.๐‘ โˆ’1,
๐œƒ0= 2 ๐‘Ÿ๐‘Ž๐‘‘ et ๐‘ฃ= 2 ๐‘š.๐‘ โˆ’1.
1) Dยดeterminer les composantes des vecteurs vitesse et accยดelยดeration dans la base cylindrique.
2) Calculer la norme de la vitesse de ๐‘€`a la date ๐‘ก= 1 ๐‘ .
3) Calculer la norme de lโ€™accยดelยดeration de ๐‘€`a lโ€™instant initial (๐‘ก= 0).
Rยดep. : 1) โˆ’โˆ’โˆ’โ†’
๐‘ฃ๐‘€/โ„›= 2๐‘Ž0๐‘กโˆ’โ†’
๐‘’๐‘Ÿ+๐œ”(๐‘Ž0๐‘ก2+๐‘Ÿ0)โˆ’โ†’
๐‘’๐œƒโˆ’๐‘ฃโˆ’โ†’
๐‘’๐‘ง;โˆ’โˆ’โˆ’โ†’
๐‘Ž๐‘€/โ„›= (2๐‘Ž0โˆ’(๐‘Ž0๐‘ก2+๐‘Ÿ0)๐œ”2)โˆ’โ†’
๐‘’๐‘Ÿ+ 4๐‘Ž0๐‘ก๐œ”โˆ’โ†’
๐‘’๐œƒ;
2) ๐‘ฃ(1 ๐‘ ) = 6,6๐‘š.๐‘ โˆ’1;3) ๐‘Ž(0) = 7 ๐‘š.๐‘ โˆ’2
Ex-M1.7 Mouvement elliptique (รœCf Cours 2ePยดeriode)
Lโ€™ยดequation polaire dโ€™une ellipse avec origine au foyer est : ๐‘Ÿ=๐‘
1 + ๐‘’cos ๐œƒ
o`u pnote le param`etre et e, lโ€™excentricitยดe de lโ€™ellipse.
1) Pour un satellite, P est le pยดerigยดee et A est lโ€™ apogยดee.
โ†’Dยดeterminer les expressions de rPet rA.
2) Sachant que le mouvement est tel que ๐‘Ÿ2ห™
๐œƒ=๐‘๐‘ ๐‘ก๐‘’ =๐ถ,
dยดeterminer lโ€™expression de โˆ’โ†’
๐‘ฃsur la base (โˆ’โ†’
๐‘’๐‘Ÿ,โˆ’โ†’
๐‘’๐œƒ). Cette
expression sera donnยดee en fonction de la seule variable ๐œƒ.
x
CF'
A
P
M
O
q
3) Dยดeterminer โˆ’โ†’
๐‘ฃen ๐œƒ= 0,๐œ‹
2, ๐œ‹, 3๐œ‹
2. Reprยดesenter, en chacun de ces points, โˆ’โ†’
๐‘ฃ,โˆ’โ†’
๐‘’๐‘Ÿet โˆ’โ†’
๐‘’๐œƒ. En
quel point de la trajectoire la vitesse est-elle maximale ? minimale ?
Rยดep. : 2) โˆ’โ†’
๐‘ฃ=๐ถ๐‘’sin ๐œƒ
๐‘โˆ’โ†’
๐‘’๐‘Ÿ+1 + ๐‘’cos ๐œƒ
๐‘โˆ’โ†’
๐‘’๐œƒ;3) ๐‘ฃ2=๐‘ฃ2
๐‘Ÿ+๐‘ฃ2
๐œƒ=๐ถ2
๐‘2(1 + ๐‘’2+ 2๐‘’cos ๐œƒ).
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2009-2010 Exercices โ€“ Mยดecanique โˆฃPTSI
Ex-M1.8 Relation vitesse-position :
Un mobile dยดecrit la partie positive de lโ€™axe (๐‘‚๐‘ฅ) avec une vitesse de la valeur ๐‘ฃ(๐‘ก). La loi de
vitesse ๐‘ฃ(๐‘ก) est liยดee `a lโ€™ยดequation horaire ๐‘ฅ(๐‘ก) par la relation ๐‘ฅ=๐‘Ž๐‘ฃ2, avec ๐‘Žune constante positive.
Le point matยดeriel quitte lโ€™origine ๐‘‚de lโ€™axe `a lโ€™instant ๐‘ก= 0.
Dยดeterminer la loi horaire ๐‘ฅ(๐‘ก) sachant que ๐‘ฅ(๐‘ก) est une fonction croissante du temps.
Rยดep. : ๐‘ฅ(๐‘ก) = ๐‘ก2
4๐‘Ž.
Ex-M1.9 Poursuite en mer
Deux navires se trouvent sur le mห†eme mยดeridien, ๐ดยดetant au nord de B et `a une distance ๐‘‘0. A
se dirige vers lโ€™est `a la vitesse ๐‘ฃ๐ดet ๐ตvers le nord `a la vitesse ๐‘ฃ๐ต. La courbure de la surface
terrestre est nยดegligยดee et les vitesses sont constantes.
1) Dยดeterminer la distance minimale entre ๐ดet ๐ต.
2) Quelle direction ๐ตdoit-il prendre pour rattraper ๐ดavec un mouvement rectiligne uniforme ?
Dยดeterminer la durยดee de la poursuite.
Rยดep : 1) ๐‘‘min =๐‘‘0
๐‘ฃ2
๐ด
๐‘ฃ2
๐ด+๐‘ฃ2
๐ต
;2) ๐œ=๐‘‘0
๐‘ฃ2
๐ตโˆ’๐‘ฃ2
๐ด
Ex-M1.10 Oscillations rectilignes [P9/257]
Un point ๐‘€est astreint `a se dยดeplacer sur un axe (๐‘‚๐‘ฅ). `
A la date ๐‘ก= 0, il se trouve `a la position
๐‘ฅ= 10 ๐‘๐‘š avec une vitesse โˆ’โ†’
๐‘ฃ0=๐‘ฃ0โˆ’โ†’
๐‘’๐‘ฅ(๐‘ฃ0= 0,15 ๐‘š.๐‘ โˆ’1). Par la suite, il est `a chaque instant
soumis `a une accยดelยดeration dยดe๏ฌnie par โˆ’โˆ’โˆ’โ†’
๐‘Ž๐‘€/โ„›=โˆ’๐พโˆ’โˆ’โ†’
๐‘‚๐‘€ avec ๐พ= 2,0 unitยดes ๐‘†๐ผ.
1) Quelles sont les dimensions de la constante ๐พ? En dยดeduire son unitยดe ๐‘†๐ผ.
2) ยด
Etablir lโ€™ยดequation horaire ๐‘ฅ(๐‘ก) du mouvement de ๐‘€sur cet axe.
3) Exprimer, puis calculer la pยดeriode des oscillations de ๐‘€.
Rยดep. : 2) ๐‘ฅ(๐‘ก) = ๐‘ฅ0cos(โˆš๐พ๐‘ก)+ ๐‘ฃ0
โˆš๐พsin(โˆš๐พ๐‘ก) = ๐‘‹๐‘šcos(โˆš๐พ๐‘ก+๐œ‘) avec ๐‘‹๐‘š=๐‘ฅ2
0+๐‘ฃ0
โˆš๐พ
2
=
0,15 ๐‘šet ๐œ‘=โˆ’arctan ๐‘ฃ0
โˆš๐พ๐‘ฅ0
=โˆ’0,81 ๐‘Ÿ๐‘Ž๐‘‘ ;3) ๐‘‡= 4,4๐‘ 
Ex-M1.11 Dยดepassement dโ€™un autocar
Sur une route rectiligne ๐‘‚๐‘ฅ, une voiture (1) de longueur ๐‘™1de vitesse ๐‘ฃ1double un autocar de
longueur ๐ฟet de vitesse ๐‘‰. En face arrive une voiture (2) de longueur ๐‘™2`a la vitesse ๐‘ฃ2. Quelle
distance minimum ๐ทentre lโ€™avant de la voiture (1) et lโ€™avant de la voiture (2) permet `a la voiture
(1) de doubler ? A.N. avec ๐‘™1=๐‘™2= 4 ๐‘š,๐ฟ= 20 ๐‘š,๐‘ฃ=๐‘ฃ2= 90 ๐‘˜๐‘š.โ„Žโˆ’1et ๐‘‰= 72 ๐‘˜๐‘š.โ„Žโˆ’1.
Rยดep. : cf. p. 6
Ex-M1.12 Tir au pigeon dโ€™argile [P8/119]
Une cible ๐ถest abandonnยดee sans vitesse initiale dโ€™une hau-
teur โ„Ž`a lโ€™abscisse ๐‘ฅ=๐ฟ. Au mห†eme instant, un projectile ๐‘ƒ
est tirยดe depuis lโ€™origine avec une vitesse initiale โˆ’โ†’
๐‘ฃ0faisant
un angle ๐›ฝavec lโ€™horizontale.
On admet que lโ€™accยดelยดeration dโ€™un corps en chute libre est
ยดegale `a โˆ’โ†’
๐‘”`a chaque instant.
Calculer lโ€™angle ๐›ฝpour que le projectile atteigne sa cible.
Quelle est la date ๐‘ก1`a laquelle la cible est alors atteinte ?
Rยดep. : tan ๐›ฝ=โ„Ž
๐ฟet ๐‘ก1=๐ฟ
๐‘ฃ0cos ๐›ฝ
Ex-M1.13 Freinage dโ€™urgence [P9/256]
Une voiture, animยดee dโ€™une vitesse ๐‘ฃ0= 90 ๐‘˜๐‘š.โ„Žโˆ’1sur une trajectoire rectiligne, freine avec une
accยดelยดeration constante de norme ๐‘Ž= 4,2๐‘š.๐‘ โˆ’2. Calculer la durยดee ๐‘ก1et la distance ๐ทde freinage.
Rยดep. : ๐‘ก1= 6 ๐‘ et ๐ท= 74 ๐‘š
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PTSI โˆฃExercices โ€“ Mยดecanique 2009-2010
Ex-M1.14 Spirale et base polaire
Un point matยดeriel M parcourt avec une vitesse de norme constante ๐‘ฃla spirale dโ€™ยดequation po-
laire : ๐‘Ÿ=๐‘Ž๐œƒ . Exprimer en fonction de ๐œƒet de ๐‘ฃle vecteur vitesse de M dans la base polaire.
Rยดep. : โˆ’โ†’
๐‘ฃ=๐‘ฃ
โˆš1 + ๐œƒ2(โˆ’โ†’
๐‘’๐‘Ÿ+๐œƒโˆ’โ†’
๐‘’๐œƒ).
Ex-M1.15 Vitesse moyenne et vitesse maximale
Un automobiliste parcourt une distance ๐‘‘= 1,25 ๐‘˜๐‘š sur une route rectiligne. Son mouvement
est uniformยดement accยดelยดerยดe, puis uniforme, puis uniformยดement retardยดe. Lโ€™accยดelยดeration aest ยดegale
en valeur absolue `a 0 ๐‘š.๐‘ โˆ’2ou `a 2,5๐‘š.๐‘ โˆ’2et la vitesse moyenne vaut 75 ๐‘˜๐‘š.โ„Žโˆ’1.
Dยดeterminer la vitesse maximale de lโ€™automobiliste.
Rยดep : ๐‘ฃmax =๐‘Ž.๐‘‘
2๐‘ฃmoy โˆ’๐‘Ž.๐‘‘
2๐‘ฃmoy
2
โˆ’๐‘Ž.๐‘‘ = 25 ๐‘š.๐‘ โˆ’1= 90 ๐‘˜๐‘š.โ„Žโˆ’1
Ex-M1.16 Mouvement hยดelicoยจฤฑdal (*)
Soit lโ€™hยดelice droite dยดe๏ฌnie en coordonnยดees cylindriques par
les ยดequations : ๐‘Ÿ=๐‘…et ๐‘ง=โ„Ž๐œƒ
et orientยดee dans le sens ๐œƒcroissant (soit โ„Žcste>0).
Lโ€™origine de la trajectoire du point M est en ๐‘ง= 0.
1) Dยดeterminer les ยดequations de lโ€™hยดelice en coordonnยดees
cartยดesiennes.
2) Le point M parcourt lโ€™hยดelice `a une vitesse constante v.
a) Dยดeterminer les vecteurs vitesse et accยดelยดeration en fonction
de R, h et v.
b) Montrer que lโ€™angle ๐›ผ= (โˆ’โ†’
๐‘’๐‘ง,โˆ’โ†’
๐‘ฃ) est constant.
En dยดeduire lโ€™hodographe du mouvement.
x
y
z
2 h
p
Ex-M1.17 Mouvement cycloยจฤฑdal (**)
Une roue de rayon Ret de centre C roule sans glis-
ser sur lโ€™axe (๐‘‚๐‘ฅ) `a vitesse angulaire ๐œ”constante
tout en restant dans le plan (๐‘‚๐‘ฅ๐‘ง). Soit M un point
liยดee `a la roue situยดe sur la circonfยดerence. `
A lโ€™instant
๐‘ก= 0, M se trouve en ๐‘€0(๐‘ฅ= 0, ๐‘ง = 2๐‘…). Les mou-
vements sont ยดetudiยดes dans le rยดefยดerentiel Rassociยดe au
rep`ere (๐‘‚, โˆ’โ†’
๐‘’๐‘ฅ,โˆ’โ†’
๐‘’๐‘ฆ,โˆ’โ†’
๐‘’๐‘ง).
1) Comment exprimer la condition ยซ la roue ne
glisse pas ยป ?
x
z
ex
ey
ez
w
M
O
0
M
CC
ey
q
=
I
0
2) Dยดeterminer les coordonnยดees ๐‘ฅ๐ถet ๐‘ง๐ถde C `a lโ€™instant ๐‘ก.
3) Mห†eme question pour M.
4) ยด
Etudier la trajectoire dยดe๏ฌnie par le syst`eme dโ€™ยดequations paramยดetriques (๐‘ฅ(๐œƒ), ๐‘ง(๐œƒ)) avec ๐œƒ=
๐œ”๐‘ก. La tracer pour ๐œƒโˆˆ[-4๐œ‹; 4๐œ‹].
5) Calculer la vitesse โˆ’โˆ’โˆ’โ†’
๐‘ฃ๐‘€/โ„›du point M `a lโ€™instant ๐‘ก. Exprimer sa norme ven fonction de cos ๐œƒ
2.
En dยดeduire lโ€™hodographe du mouvement.
6) Calculer lโ€™accยดelยดeration โˆ’โˆ’โˆ’โ†’
๐‘Ž๐‘€/โ„›du point M `a lโ€™instant ๐‘ก. Exprimer sa norme en fonction de ๐‘…
et ๐‘ฃ. Calculer numยดeriquement cette norme de lโ€™accยดelยดeration dans le cas dโ€™un point pยดeriphยดerique
dโ€™un pneu de voiture roulant `a 130 ๐‘˜๐‘š.โ„Žโˆ’1sur une autoroute (๐‘…= 35 ๐‘๐‘š).
7) Dยดeterminer โˆ’โˆ’โˆ’โ†’
๐‘ฃ๐‘€/โ„›et โˆ’โˆ’โˆ’โ†’
๐‘Ž๐‘€/โ„›lorsque ๐‘€est en contact avec lโ€™axe (๐‘‚๐‘ฅ).
Rยดep. : cf. p. 6.
Solution Ex-M1.4
1.b) (la rยดeponse c) nโ€™est vraie que lorsquโ€™on exprime lโ€™accยดelยดeration dans la base cartยดesienne ;
elle est fausse si on travaille dans la base polaire)) ; 2.a) ;3.b) ;4.c)
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2009-2010 Exercices โ€“ Mยดecanique โˆฃPTSI
Solution Ex-M1.1
๐‘€a pour coordonnยดees (๐‘Ÿ, ๐œƒ, ๐‘ง) dans le rยดefยดerentiel โ„›dโ€™origine ๐‘‚et de Base locale (โˆ’โ†’
๐‘’๐‘Ÿ,โˆ’โ†’
๐‘’๐œƒ,โˆ’โ†’
๐‘’๐‘ง)
(base ยซ locale ยป = base dรฉ๏ฌnie en ๐‘€) :
โˆ’โˆ’โ†’
๐‘‚๐‘€ =๐‘Ÿโˆ’โ†’
๐‘’๐‘Ÿ+๐‘งโˆ’โ†’
๐‘’๐‘งโˆ’โˆ’โˆ’โ†’
๐‘ฃ๐‘€/โ„›= ห™๐‘Ÿโˆ’โ†’
๐‘’๐‘Ÿ+๐‘Ÿห™
๐œƒโˆ’โ†’
๐‘’๐œƒ+ ห™๐‘งโˆ’โ†’
๐‘’๐‘งdโˆ’โˆ’โ†’
๐‘‚๐‘€ =d๐‘Ÿโˆ’โ†’
๐‘’๐‘Ÿ+๐‘Ÿd๐œƒโˆ’โ†’
๐‘’๐œƒ+d๐‘งโˆ’โ†’
๐‘’๐‘ง
Rque : Une B.O.N.D. vรฉri๏ฌe la ยซ rรจgle des trois doigts de la main droite ยป รœalors vรฉri๏ฌez-le
avec la vรดtre, de main droite !
โˆ’โ†’
๐‘’๐‘Ÿร—โˆ’โ†’
๐‘’๐œƒ=โˆ’โ†’
๐‘’๐‘งโˆ’โ†’
๐‘’๐œƒร—โˆ’โ†’
๐‘’๐‘ง=โˆ’โ†’
๐‘’๐‘Ÿโˆ’โ†’
๐‘’๐‘งร—โˆ’โ†’
๐‘’๐‘Ÿ=โˆ’โ†’
๐‘’๐œƒ
exey
ez
H
m
M
O
xy
z
ex
ey
Ozx
y
M
Vue de dessus z
HM
m
O
Vue dans le
"plan de la porte"
ez
er
eฮธ
ez
r
eฮธer
r
er
eฮธ
ฮธ
r
eฮธ
H
zz
ez
ez
ฮธ
Solution Ex-M1.3
Le mouvement est circulaire uniformรฉment accรฉlรฉrรฉ : la vitesse angulaire ห™
๐œƒ=๐œ”est constante et
lโ€™accรฉlรฉration est purement centripรจre : โˆ’โˆ’โˆ’โ†’
๐‘Ž๐‘€/โ„›=โˆ’๐‘™๐œ”2โˆ’โ†’
๐‘’๐‘Ÿ, soit : ๐œ”=๐‘Ž
๐‘™=6๐‘”
๐‘™= 3,43 ๐‘Ÿ๐‘Ž๐‘‘.๐‘ โˆ’1
Solution Ex-M1.5
1) ๐‘ฃ๐‘ฅ= ห™๐‘ฅ= 2๐‘Ž0๐‘ก;๐‘ฃ๐‘ฆ= ห™๐‘ฆ=โˆ’๐‘ฃ;๐‘ฃ๐‘ง= ห™๐‘ง= 0 ; soit : โˆ’โˆ’โˆ’โ†’
๐‘ฃ๐‘€/โ„›= 2๐‘Ž0๐‘กโˆ’โ†’
๐‘’๐‘ฅโˆ’๐‘ฃโˆ’โ†’
๐‘’๐‘ฆโ€”๐‘Ž๐‘ฅ= ยจ๐‘ฅ= 2๐‘Ž0;
๐‘Ž๐‘ฆ= ยจ๐‘ฆ= 0 ;๐‘Ž๐‘ง= ยจ๐‘ง= 0 ; soit : โˆ’โˆ’โˆ’โ†’
๐‘ฃ๐‘€/โ„›= 2๐‘Ž0โˆ’โ†’
๐‘’๐‘ฅ
2) ๐‘ฃ(๐‘ก) =โˆฅโˆ’โ†’
๐‘ฃโˆฅ=๐‘ฃ2
๐‘ฅ+๐‘ฃ2
๐‘ฆ+๐‘ฃ2
๐‘ง= 4๐‘Ž2
0๐‘ก2+๐‘ฃ2soit, ร  ๐‘ก= 2 ๐‘ :๐‘ฃ(2 ๐‘ ) = 8,5๐‘š.๐‘ โˆ’1
3) ๐‘Ž(๐‘ก) =โˆฅโˆ’โ†’
๐‘Žโˆฅ=๐‘Ž2
๐‘ฅ+๐‘Ž2
๐‘ฆ+๐‘Ž2
๐‘ง= 2๐‘Ž0โˆ€๐‘กโ€” soit, ร  ๐‘ก= 1 ๐‘ :๐‘Ž(1 ๐‘ ) = ๐‘Ž= 4 ๐‘š.๐‘ โˆ’2
Solution Ex-M1.6
1) ๐‘ฃ๐‘Ÿ= ห™๐‘Ÿ= 2๐‘Ž0๐‘ก;๐‘ฃ๐œƒ=๐‘Ÿห™
๐œƒ= (๐‘Ž0๐‘ก2+๐‘Ÿ0)๐œ”;๐‘ฃ๐‘ง= ห™๐‘ง=โˆ’๐‘ฃ
soit : โˆ’โˆ’โˆ’โ†’
๐‘ฃ๐‘€/โ„›= 2๐‘Ž0๐‘กโˆ’โ†’
๐‘’๐‘Ÿ+ (๐‘Ž0๐‘ก2+๐‘Ÿ0)๐œ”โˆ’โ†’
๐‘’๐œƒโˆ’๐‘ฃโˆ’โ†’
๐‘’๐‘ฆโ€”๐‘Ž๐‘Ÿ= ยจ๐‘Ÿโˆ’๐‘Ÿห™
๐œƒ2= 2๐‘Ž0โˆ’(๐‘Ž0๐‘ก2+๐‘Ÿ0)๐œ”2;๐‘Ž๐œƒ=
๐‘Ÿ๎€
๎€
ยจ
๐œƒ+ 2 ห™๐‘Ÿห™
๐œƒ= 4๐‘Ž0๐œ”.๐‘ก ;๐‘Ž๐‘ง= ยจ๐‘ง= 0
soit : โˆ’โˆ’โˆ’โ†’
๐‘Ž๐‘€/โ„›= (2๐‘Ž0โˆ’(๐‘Ž0๐‘ก2+๐‘Ÿ0)๐œ”2)โˆ’โ†’
๐‘’๐‘Ÿ+ 4๐‘Ž0๐œ”.๐‘กโˆ’โ†’
๐‘’๐œƒ
2) ๐‘ฃ(๐‘ก) =โˆฅโˆ’โ†’
๐‘ฃโˆฅ=๐‘ฃ2
๐‘Ÿ+๐‘ฃ2
๐œƒ+๐‘ฃ2
๐‘ง= 4๐‘Ž2
0๐‘ก2+ (๐‘Ž0๐‘ก2+๐‘Ÿ0)2๐œ”2soit, ร  ๐‘ก= 1 ๐‘ :๐‘ฃ(1 ๐‘ ) = 6,6๐‘š.๐‘ โˆ’1
3) ๐‘Ž(๐‘ก) =โˆฅโˆ’โ†’
๐‘Žโˆฅ=๐‘Ž2
๐‘Ÿ+๐‘Ž2
๐œƒ+๐‘Ž2
๐‘ง= (2๐‘Ž0โˆ’(๐‘Ž0๐‘ก2+๐‘Ÿ0)๐œ”2)2+ (4๐‘Ž0๐œ”.๐‘ก)2soit, ร  ๐‘ก= 0 ๐‘ :
๐‘Ž(0) = โˆฃ2๐‘Ž0โˆ’๐‘Ÿ0๐œ”2โˆฃ= 7 ๐‘š.๐‘ โˆ’2
Solution Ex-M1.10
1) [๐พ] = [accรฉlรฉration]
[๐‘‚๐‘€]=๐ฟ.๐‘‡ โˆ’2
๐ฟ=๐‘‡โˆ’2, donc ๐‘ข(๐พ) = ๐‘ โˆ’2
2) โˆ’โˆ’โˆ’โ†’
๐‘Ž๐‘€/โ„›=โˆ’๐พโˆ’โˆ’โ†’
๐‘‚๐‘€ projetรฉe selon โˆ’โ†’
๐‘’๐‘ฅ:ยจ๐‘ฅ=โˆ’๐พ๐‘ฅ soit : ยจ๐‘ฅ+๐พ๐‘ฅ = 0. On reconnaรฎt une รฉquation
di๏ฌ€รฉrentielle de la forme ยจ๐‘ฅ+๐œ”2
0๐‘ฅ= 0 (avec ๐œ”0=โˆš๐พ) de solution : ๐‘ฅ(๐‘ก) = ๐ดcos(๐œ”0๐‘ก)+๐ตsin(๐œ”0๐‘ก).
La vitesse sโ€™รฉcrit donc : ๐‘ฃ๐‘ฅ= ห™๐‘ฅ=โˆ’๐ด๐œ”0sin(๐œ”0๐‘ก) + ๐ต๐œ”0cos(๐œ”0๐‘ก).
Les conditions initiales donnent : ๐‘ฅ(0) = ๐ด=๐‘ฅ0
๐‘ฃ(0) = ๐ต๐œ”0=๐‘ฃ0โ‡’๐‘ฅ(๐‘ก) = ๐‘ฅ0cos(โˆš๐พ๐‘ก) + ๐‘ฃ0
โˆš๐พsin(โˆš๐พ๐‘ก)
jp[email protected] http ://atelierprepa.over-blog.com/ 5
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