Perturbation le long d’une corde

Perturbation le long d’une corde

Comprendre la Perturbation le long d’une corde

Un groupe d’ingénieurs doit concevoir un système de surveillance pour mesurer les vibrations d’un pont suspendu causées par le vent.

Ils décident d’utiliser une corde tendue le long du pont comme modèle simplifié pour étudier ces vibrations. Une perturbation est introduite sur la corde pour simuler l’effet du vent.

Données fournies:

  • Longueur de la corde (L) : 200 mètres
  • Masse de la corde (m) : 50 kg
  • Tension dans la corde (T) : 5000 Newtons
  • Position initiale de la perturbation (x₀) : 50 mètres du point d’ancrage gauche
  • Amplitude initiale de la perturbation (A₀) : 0.5 mètre

Questions:

1. Calculer la vitesse de propagation de l’onde sur la corde.

2. Déterminer la fréquence de l’onde sachant que la longueur d’onde correspond à la longueur de la corde.

3. Estimer le temps nécessaire pour que la perturbation atteigne l’autre extrémité de la corde et revenir à sa position initiale.

4. Analyser l’effet de l’amplitude initiale sur le temps de retour en considérant que la tension dans la corde reste constante.

Correction : Perturbation le long d’une corde

  • Calcul de la masse linéique \( \mu \)

Pour trouver la masse linéique \( \mu \), nous utilisons la formule:

\[ \mu = \frac{m}{L} \]

Substituons les valeurs données:

\[ \mu = \frac{50 \, \text{kg}}{200 \, \text{m}} \] \[ \mu = 0.25 \, \text{kg/m} \]

1. Calcul de la vitesse de propagation \( v \)

La vitesse de propagation de l’onde dans la corde peut être trouvée avec la formule:

\[ v = \sqrt{\frac{T}{\mu}} \]

En substituant \( T = 5000 \, \text{N} \) et \( \mu = 0.25 \, \text{kg/m} \):

\[ v = \sqrt{\frac{5000 \, \text{N}}{0.25 \, \text{kg/m}}} \] \[ v = \sqrt{20000 \, \text{m}^2/\text{s}^2} \] \[ v = 141.42 \, \text{m/s} \]

2. Détermination de la fréquence de l’onde \( f \)

La fréquence de l’onde est déterminée par:

\[ f = \frac{v}{\lambda} \]

où \( \lambda \) est la longueur d’onde égale à la longueur de la corde (L). Ainsi:

\[ f = \frac{141.42 \, \text{m/s}}{200 \, \text{m}} \] \[ f = 0.7071 \, \text{Hz} \]

3. Estimation du temps nécessaire pour que la perturbation atteigne l’autre extrémité de la corde

Le temps nécessaire pour que l’onde fasse un aller-retour est:

\[ t = \frac{2L}{v} \]

Substituant les valeurs \( L = 200 \, \text{m} \) et \( v = 141.42 \, \text{m/s} \):

\[ t = \frac{2 \times 200 \, \text{m}}{141.42 \, \text{m/s}} \] \[ t = 2.8284 \, \text{s} \]

4. Analyse de l’effet de l’amplitude initiale sur le temps de retour

Dans cet exercice, l’amplitude initiale \( A_0 \) est donnée à 0.5 mètre. L’amplitude ne change pas la vitesse de l’onde ni la fréquence dans le cas d’une corde idéalisée sous tension constante.

Cependant, il est important de noter que dans des cas plus complexes, comme une amplitude très élevée, il pourrait y avoir des effets non-linéaires ou une influence sur la tension effective de la corde, ce qui nécessiterait une analyse plus approfondie.

Résumé:

L’onde se propage le long de la corde avec une vitesse de \( 141.42 \, \text{m/s} \) et une fréquence de \( 0.7071 \, \text{Hz} \).

L’onde prend \( 2.8284 \, \text{s} \) pour parcourir un aller-retour sur la corde. L’amplitude initiale, dans le cadre de cette modélisation simplifiée, n’influence pas le temps de retour de l’onde.

Perturbation le long d’une corde

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 *

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...

Étude du Rayonnement Radioactif du Césium-137

Étude du Rayonnement Radioactif du Césium-137 Comprendre l'Étude du Rayonnement Radioactif du Césium-137 Le césium-137 est un isotope radioactif formé par fission nucléaire dans les réacteurs nucléaires. Il possède une demi-vie de 30 ans et est très utilisé dans les...

Analyse de l’écholocation chez les dauphins

Analyse de l'écholocation chez les dauphins Comprendre l'Analyse de l'écholocation chez les dauphins Les dauphins utilisent l'écholocation pour naviguer et chasser dans des environnements aquatiques obscurs. Cette méthode leur permet de déterminer la distance et la...

Ondes Stationnaires avec le Vibreur de Melde

Ondes Stationnaires avec le Vibreur de Melde Comprendre les Ondes Stationnaires avec le Vibreur de Melde Dans cet exercice, nous allons explorer le phénomène des ondes stationnaires produites dans un fil sous tension à l'aide d'un vibreur de Melde. Ce dispositif est...

Variation de la Célérité avec la Température

Variation de la Célérité avec la Température Comprendre la Variation de la Célérité avec la Température Dans le cadre d'une étude sur les propriétés acoustiques de différents milieux, une équipe de recherche mesure la célérité du son dans l'air à différentes...