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Temps de parcours d'une trajectoire [7 réponses] : ⚜ Salon Mathématique - 233331 - Forum de Mathématiques: Maths-Forum

Temps de parcours d'une trajectoire

Discussion générale entre passionnés et amateurs de mathématiques sur des sujets mathématiques variés
stummel
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Temps de parcours d'une trajectoire

par stummel » 15 Juil 2021, 18:25

Bonjour à tous,

J'ai un petit problème qui me trotte dans la tête depuis un moment et j'aurais bien besoin de votre aide pour m'aider à le résoudre :
Dans un plan orthonormé (O, x, y), un mobile a une trajectoire circulaire centrée en O, de rayon R.
La vitesse du mobile est fonction de y et s'exprime de la manière suivante :
J'ai essayé de résumer le contexte sur la figure suivante :
Image

Par rapport à cette figure, la question est : comment calculer le temps de parcours du mobile du point A au point B ?

Bien évidemment, si la vitesse était constante, le temps de parcours s'exprimerais de la manière suivante : , mais dans le cas d'une vitesse non constante, j'ai un peu plus de mal à formaliser le problème d'un point de vue mathématique et encore moins à le résoudre.

Merci d'avance pour votre aide.



lyceen95
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Re: Temps de parcours d'une trajectoire

par lyceen95 » 15 Juil 2021, 20:30

Est-ce que tu connais les notions de dérivées et/ou d'intégrales.
Dérivées, peut-être ; intégrales, probablement pas, sinon tu en parlerais à un moment ou un autre dans ta question.
Ecxpliquer ces 2 notions ici, ça va être long. Lire un article Wikipédia ou un tutoriel ou je ne sais quoi, ça risque d'être insuffisant, il faut le support d'un prof...
Essaie quand même. Et reviens poser des questions.

Précise aussi ton niveau, ton parcours, pour qu'on sache comment et quoi expliquer.

stummel
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Re: Temps de parcours d'une trajectoire

par stummel » 15 Juil 2021, 20:48

Oui c'est bon je maîtrise bien ces deux notions. Du coup je me dis bien que que le temps doit pouvoir se mettre sous une forme similaire à ou quelque chose du genre... mais-est-ce bien vers cette voie là qu'il faudrait aller ? Est-ce la bonne formalisation ?

lyceen95
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Re: Temps de parcours d'une trajectoire

par lyceen95 » 15 Juil 2021, 20:58

On a la vitesse, à tout endroit (et donc à tout instant)
Par une intégrale, on peut trouver la distance parcourue en fonction du temps écoulé.

Et on se retrouve à résoudre une équation : Pour quelle durée la distance parcourue est-elle égale à ?

Il ne faut pas brûler les étapes : d'abord calculer la distance parcourue, en fonction de t ... puis revenir à la question initiale.

stummel
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Re: Temps de parcours d'une trajectoire

par stummel » 16 Juil 2021, 00:38

Bon si je tente une première approche je dirais que , où représente un morceau élémentaire du chemin parcouru par le mobile.
A partir de là j'aurais bien envi de dire que :


Du coup, je pourrais écrire que :
D'un autre côté j'ai avec les notations de mon premier message.

D'où j'en déduirais que

En intégrant cette dernière expression entre et , j'arriverais au résultat suivant :



J'ai bon là ?

lyceen95
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Re: Temps de parcours d'une trajectoire

par lyceen95 » 16 Juil 2021, 12:01

Je vérifie juste la formule finale, en faisant une application numérique. Que donne ta formule pour certaines valeurs d'angles ?
1. Je trouve des temps négatifs, bizarre. Mais c'est peut-être une simple erreur d'interprétation ... le mobile va dans un sens, et on aurait calculer le temps pour faire le trajet inverse.
2. pour avancer de 5° par exemple, je trouve des temps proches de 0 quand je suis sur 2 points proches de l'axe des x ( pour aller de a=5° à b=10° ...), alors que je trouve des temps plus grands en valeur absolue pour faire la même distance, mais pour aller de a=75° à a=80° par exemple.
Alors que plus on est loin de l'axe des x, plus le mobile est sensé aller vite.

Et je trouve même une valeur infinie si l'un des 2 points est sur l'axe des y.
Ce n'est pas bon.

stummel
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Re: Temps de parcours d'une trajectoire

par stummel » 17 Juil 2021, 00:26

Je viens de prendre en compte tes remarques et je me dis que la vérité est sans doute entre les deux.
En fait, en refaisant les calculs je me suis aperçu que le problème venait essentiellement du dessin et pas des calculs ; ceux-ci semblent justes à partir du moment où l'on considère que l'angle à considérer est celui formé par la tangente à la courbe et un axe horizontal passant par le point de la courbe et pas celui indiqué sur le schéma.

A partir de là, quand l'un des tend vers 0, parallèle à l'axe des x, on n'a plus trop de problème.
Je reviendrai un peu plus loin sur le nouveau cas où tend vers .
Concernant les application numériques que tu as pu faire, certes on peut obtenir un temps négatif mais je me dit que comme le cas d'application est un temps, on devrait être en droit de prendre une valeur absolue, d'autant plus que... je pense qu'il y a eu une confusion d'interprétation concernant la valeur g. Celle-ci ne désigne en aucun cas l'accélération de la pesanteur mais un simple gradient de vitesse exprimé en . Sinon la formule n'aurait eu aucun sens physique.

Du coup je reviens sur l'histoire du . Dans ce cas effectivement, on obtient un temps qui tend vers l'infini (ce que l'on peut facilement montrer par une étude de limite). Qu'est-ce que cela veut-il donc physiquement dire ? Tout simplement que notre objet ne se déplace plus selon l'axe des x. Dans le cas d'un phénomène de propagation d'onde, cela voudrait dire que l'onde ne propage plus selon cet axe. Bref, cela ne paraît pas incohérent.

J'ai fait de mon côté quelques applications numériques et les résultats sont très satisfaisants, donc je vais rester sur cette formule.

Je te remercie de m'avoir aidé à alimenter mes réflexions.

Pisigma
Habitué(e)
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Re: Temps de parcours d'une trajectoire

par Pisigma » 17 Juil 2021, 06:49

Bonjour,

il y a peut-être des infos qui pourraient t'intéresser ici https://perso.uclouvain.be/vincent.legat/documents/iepr1011/iepr1011-cours8.pdf (diapositives 13 à 18)

 

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