Calcul de la pseudo-période T du pendule

Calcul de la pseudo-période T du pendule

Comprendre le Calcul de la pseudo-période T du pendule

Un groupe de lycéens mène une expérience pour observer les effets de la résistance de l’air sur la période d’oscillation d’un pendule simple.

L’objectif est de calculer la pseudo-période, c’est-à-dire la période des oscillations en tenant compte de la résistance de l’air.

Pour comprendre la Période d’un pendule pesant, cliquez sur le lien.

Données:

  • Masse du pendule, \( m \): 0.5 kg
  • Longueur du fil, \( L \): 2 m
  • Coefficient de frottement de l’air, \( k \): 0.05 kg/s
  • Accélération due à la gravité, \( g \): 9.81 m/s\(^2\)
  • Amplitude initiale de l’oscillation, \( \theta_0 \): 0.2 rad

Questions:

1. Déterminez la période théorique \( T_0 \) du pendule sans la résistance de l’air.

2. Calculez la pseudo-période \( T \) du pendule en tenant compte de la résistance de l’air.

3. Discutez l’effet de la résistance de l’air sur la période du pendule.

Correction : Calcul de la pseudo-période T du pendule

1. Calcul de la Période Théorique \( T_0 \)

Formule de base pour un pendule simple :

\[ T_0 = 2\pi \sqrt{\frac{L}{g}} \]

où \( L \) est la longueur du fil (\( L = 2 \, \text{m} \)) et \( g \) est l’accélération due à la gravité (\( g = 9.81 \, \text{m/s}^2 \)).

Substitution des valeurs sans calcul :

\[ T_0 = 2\pi \sqrt{\frac{2 \, \text{m}}{9.81 \, \text{m/s}^2}} \]

Expression simplifiée :

\[ T_0 = 2\pi \sqrt{0.204 \, \text{s}^2} \]

Calcul de \( T_0 \) :

\[ T_0 = 2\pi \times 0.451 \, \text{s} \] \[ T_0 \approx 2.83 \, \text{s} \]

2. Calcul de la Pseudo-Période \( T \) avec Résistance de l’Air

Formule corrigée pour inclure la résistance de l’air :

\[ T \approx T_0 \left(1 + \left(\frac{k}{2m}\right)^2\frac{T_0^2}{4\pi^2}\right) \]

où \( k \) est le coefficient de frottement de l’air (\( k = 0.05 \, \text{kg/s} \)) et \( m \) est la masse du pendule (\( m = 0.5 \, \text{kg} \)).

Expression pour le terme correctif :

\[ \left(\frac{k}{2m}\right)^2 = \left(\frac{0.05 \, \text{kg/s}}{1 \, \text{kg}}\right)^2 = 0.0025 \, \text{s}^2 \]

Calcul de \( T \) avec la correction :

\[ T \approx 2.83 \, \text{s} \left(1 + 0.0025 \times \frac{8.0089 \, \text{s}^2}{39.478}\right) \] \[ T \approx 2.83 \, \text{s} \times 1.0005075 \] \[ T \approx 2.83 \, \text{s} \]

3. Discussion de l’Impact de la Résistance de l’Air

Analyse de l’effet :

  • La pseudo-période \( T \) est légèrement plus longue que la période théorique \( T_0 \).
  • L’augmentation est due à l’énergie dissipée par la résistance de l’air, bien que l’effet soit relativement petit pour les petites oscillations.
  • Cette différence pourrait devenir plus significative dans des conditions de plus grandes amplitudes ou sur des périodes prolongées.

Conclusion :

La résistance de l’air, bien que minime pour de petites oscillations, affecte la période des oscillations, démontrant ainsi l’importance de prendre en compte les forces de frottement dans des calculs précis, particulièrement dans des applications scientifiques et techniques où la précision est cruciale.

Calcul de la pseudo-période T du pendule

D’autres exercices de physique terminale:

0 commentaires

Soumettre un commentaire

Votre adresse e-mail ne sera pas publiée. Les champs obligatoires sont indiqués avec *

Étude Dynamique d’un Système Masse-Ressort

Étude Dynamique d'un Système Masse-Ressort Comprendre l'Étude Dynamique d'un Système Masse-Ressort Un système solide-ressort est utilisé pour étudier les propriétés dynamiques d'un ressort. Un bloc de masse \(m\) est attaché à un ressort de constante \(k\) et est...

Équilibre Statique sur un Plan Incliné

Équilibre Statique sur un Plan Incliné Comprendre l'Équilibre Statique sur un Plan Incliné Un mobile de masse \(m\) est posé sur un plan incliné qui fait un angle \(\alpha\) avec l'horizontale. Le coefficient de frottement statique entre le mobile et le plan incliné...

Période d’un pendule pesant

Période d'un pendule pesant Comprendre la Période d'un pendule pesant Dans un musée, une grande horloge à pendule est exposée. Le pendule consiste en une tige rigide, sans masse, fixée à un point fixe et à une masse ponctuelle à son extrémité. Pour maintenir...

Analyse des Oscillations Amorties d’un Système

Analyse des Oscillations Amorties d'un Système Comprendre l'Analyse des Oscillations Amorties d'un Système Un pendule constitué d'une masse suspendue au bout d'un ressort vertical effectue des oscillations verticales sous l'effet de la gravité et de la résistance de...

Analyse de l’Amortissement dans les Circuits

Analyse de l'Amortissement dans les Circuits Comprendre l'Analyse de l'Amortissement dans les Circuits Dans cet exercice, nous allons analyser le comportement asymptotique d'un circuit RLC série, qui est un circuit électrique composé d'une résistance (R), d'une bobine...

Constante de Désintégration d’Isotope X

Constante de Désintégration d'Isotope X Comprendre la Constante de Désintégration d'Isotope X Dans une étude sur la radioactivité, un laboratoire a isolé un échantillon contenant l'isotope radioactif X. L'objectif est de déterminer la constante de désintégration...

Calcul du Noyau du Fer

Calcul du Noyau du Fer Comprendre le Calcul du Noyau du Fer Le fer est un élément essentiel dans divers domaines, de l'industrie à la biologie. Comprendre la composition de son noyau peut être crucial pour des applications en physique nucléaire et astrophysique....

Étude du Cycle Thermonucléaire de Bethe

Étude du Cycle Thermonucléaire de Bethe Comprendre l'Étude du Cycle Thermonucléaire de Bethe Dans les étoiles de la séquence principale comme le Soleil, l'énergie est produite principalement par des réactions de fusion nucléaire. Le cycle thermonucléaire de Bethe,...

Électron dans un Champ Électromagnétique

Électron dans un Champ Électromagnétique Comprendre le Mouvement d'un Électron dans un Champ Électromagnétique Un électron (charge \(e = -1,6 \times 10^{-19}\) C, masse \(m = 9,1 \times 10^{-31}\) kg) entre avec une vitesse initiale \(v_0 = 2,0 \times 10^6\) m/s dans...

Calcul de la perte de masse du Soleil

Calcul de la perte de masse du Soleil Comprendre le Calcul de la perte de masse du Soleil Le Soleil, une étoile de type spectral G2V, est la source principale de lumière et d'énergie de notre système solaire. Au cours de sa réaction de fusion nucléaire, le Soleil...