mécanique (MP) · Chapitre 3 · Application directe du cours
Oscillateur amorti par frottement solide
Lois du frottement solide · niveau 2
Énoncé
Un palet de masse , attaché à un ressort horizontal de raideur dont l'autre extrémité est fixe, glisse sur une table (). On repère sa position à partir de la position où le ressort est au repos. On le lâche sans vitesse en . Décrire le mouvement, et déterminer où et quand le palet s'arrête définitivement. Comparer avec un amortissement visqueux.
Corrigé
On pose et . Départ : en , la tension dépasse : l'adhérence est impossible, le palet part vers . Première phase, : le frottement est dirigé vers et , soit : une oscillation harmonique autour du centre décalé . Partie du repos à , elle s'arrête une demi-période plus tard, symétriquement, en . Deuxième phase, : centre , arrêt en ; puis . À chaque arrêt, on teste l'adhérence : le palet reste immobile si , c'est-à-dire si . C'est faux en et , vrai en : le palet s'arrête définitivement en , au bout de trois demi-périodes, , ressort encore tendu.
L'amplitude décroît linéairement, de par demi-période (20 ; 14,1 ; 8,2 ; 2,3), et le mouvement s'arrête en un temps fini, n'importe où dans la zone morte . Un frottement visqueux donnerait au contraire une décroissance géométrique (amplitude multipliée par un facteur constant à chaque période) et un retour asymptotique, jamais atteint, à . La pulsation, elle, n'est pas modifiée par le frottement solide.
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