Dynamique - force de rappel d'un ressort
Prérequis
- les vecteurs
- dynamique du point
- dont la description de la force de rappel d'un ressort
- déformations (loi de Hooke)
Présentation
Il y a ici 2 animations (il y en a une troisième mais qui sera pour un autre chapitre):
Choisissez tout d'abord "Intro".
Voici une petite animation sur la force de rappel d'un ressort.Cochez toutes les cases sauf "Valeurs".
On applique une force (en rouge) sur un anneau (en noir). La force de rappel est représentée en bleu.
Vous pouvez augmenter la force appliquée, en traction ou en compression.
- Comment est la force de rappel par rapport à la force appliquée ?
- Dans quel sens est le vecteur élongation (ou déplacement) par rapport au sens de la force appliquée ? Et par rapport à la force de rappel ?
- Modifiez la constante de raideur du ressort. Est-ce que cela change la force de rappel ? Le déplacement ? Pourquoi ?
- Pour une valeur donnée de la force appliquée et de la constante de raideur, calculez l'élongation. Pour vérifier votre résultat, cochez la case "Valeurs".
- Vous pouvez aussi faire un graphique de F en fonction de x afin de voir le type de relation entre ces deux grandeurs (cochez "Valeurs", changez x et notez les valeurs de F).
auteur : Simulations interactives PhET à l'Université du Colorado Boulder
Changez d'animation et choisissez "Système".
Dans un premier temps, il y a 2 ressorts en parallèle. Si on applique une force de 100 N, et que les deux ressorts sont identiques (k = 200 N/m), quel sera le déplacement (élongation) ? Que valent chacune des deux forces de rappel ?
Vérifiez vos réponses en cochant toutes les cases.
Décochez les cases et changez la constante de raideur de l'un des ressorts (mettez 400 N/m). Que valent chacune des forces de rappel ? Que vaut l'élongation ? Vérifiez vos résultats en cochant les cases.
Dans un second temps, placez les 2 ressorts en série. Appliquez une force de 100 N. Chacun des ressorts sera étiré.
Les forces qui s'appliquent à l'anneau sont la force qui étire le ressort (rouge), £F, et la force de rappel du ressort de droite (jaune), £F1.
L'anneau étant au repos, £F1 = -£F.
Par action-réaction, si le ressort exerce une force de rappel £F1 sur l'anneau, l'anneau exerce une force £F1' de même norme et de sens opposé sur le ressort.
Comme ce ressort est aussi au repos, la somme des forces qui agissent dessus vaut zéro.
Donc le ressort de gauche exerce aussi une force, £F2, sur le ressort de droite, avec £F2 = -£F1' = £F1
L'élongation totale x = x1 + x2. A l'aide des explications ci-dessus, calculez x1, x2 et x. Vérifiez ensuite votre résultat en cochant la case "Valeurs".
Faites de même avec deux valeurs différentes des constantes de raideur.
auteur : Simulations interactives PhET à l'Université du Colorado Boulder
