Physique · 3ème Sc.expThème 4 : Étude cinématique · Chapitre 3

Le mouvement rectiligne sinusoïdal

Objectifs

À la fin de ce chapitre, vous saurez :
• reconnaître un mouvement rectiligne sinusoïdal et écrire son équation horaire ;
• le caractériser par son amplitude, sa période, sa pulsation et sa phase ;
• établir les expressions de la vitesse et de l'accélération, et la relation a = - ω2 x.

Situation

Un solide accroché à un ressort, la membrane d'un haut-parleur, le piston d'un moteur : tous ces objets font des allers-retours de part et d'autre d'une position d'équilibre. Comment décrire ce mouvement ?

I. Le mouvement rectiligne sinusoïdal

1. Un mouvement périodique

Animation

Un solide est accroché à un ressort vertical. À l'équilibre, son centre d'inertie G est en O. On l'écarte de Xm vers le bas et on le lâche : G oscille entre les abscisses - Xm et + Xm.

© Mohamed — mimba-educ.com | MB-9827D277- XmO+ Xmx© Mohamed — mimba-educ.com
Fig. 1 - Oscillations de part et d'autre de O.

Un stylet fixé au solide trace ses positions sur une bande de papier qui défile à vitesse constante : on obtient une sinusoïde.

À retenir

Le mouvement est périodique (il se répète identique à lui-même à intervalles de temps égaux) et rectiligne sinusoïdal.

2. L'équation horaire

Animation
Définition

Un point est en mouvement rectiligne sinusoïdal si sa trajectoire est un segment [AB] de milieu O et si son abscisse (son élongation) est une fonction sinusoïdale du temps :

x(t) = Xm sin(ω t + φx)

Les grandeurs du mouvement

GrandeurSymboleUnitéSignification
élongationx(t)mabscisse à la date t, entre - Xm et + Xm
amplitudeXmmélongation maximale
périodeTsdurée d'une oscillation complète
fréquenceN = 1/THznombre d'oscillations par seconde
pulsationω = 2π/Trad.s-1
phaseωt + φxradà la date t
phase initialeφxradfixée par les conditions initiales : x(0) = Xm sin φx

En effet x(t + T) = Xm sin(ωt + 2π + φx) = x(t) : le mobile revient à la même position avec la même vitesse au bout d'une période.

II. Vitesse et accélération

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