Modélisation de mouvements oscillatoires et signaux harmoniques
Terminale générale Spé · Mathématiques Spé Terminale
À retenir
• Signal harmonique : s(t) = A( t + ). • Relations clés : T = 2/, f = 1/T = /2. • Équation différentielle : s''(t) + ^2 s(t) = 0. • Vitesse maximale : v_ = A ; Accélération maximale : a_ = A^2.
Le cours
Oscillateurs harmoniques et signaux sinusoïdaux En physique et en sciences de l'ingénieur, tout mouvement oscillatoire non amorti (pendule aux petites oscillations, ressort, circuit LC, onde acoustique) est modélisé par une fonction harmonique de la forme : s(t) = A ( t + ) ou s(t) = A ( t + ) Paramètres physiques fondamentaux • Amplitude A > 0 : valeur maximale de l'élongation (s(t) [-A, A]). • Pulsation > 0 : en rad/s, liée à la période par = 2/T = 2 f. • Période T : durée d'un cycle en secondes (T = 2/). • Fréquence f : nombre d'oscillations par seconde en Hz (f = 1/T). • Phase à l'origine : angle en radians fixant la valeur initiale à t = 0. Équation différentielle caractéristique En calculant les dérivées première et seconde : s'(t) = -A ( t + ) s''(t) = -A^2 ( t + ) = -^2 s(t) Le signal est solution de l'équation différentielle linéaire du 2nd ordre sans second membre : s''(t) + ^2 s(t) = 0 Valeur efficace En régime sinusoïdal, la valeur efficace est donnée par S_eff = A2 0,707 A. (Par exemple, pour la tension secteur 230 V, l'amplitude maximale de crête est 2302 325 V).
Dans ce chapitre
- Cercle trigonométrique, radians et valeurs remarquables de Première
- Équations trigonométriques élémentaires et symétries de Première
- Définition des fonctions cosinus et sinus sur la droite réelle R
- Parité, périodicité et symétries des courbes de Seconde et Première
- Parité : (-x) = (x) et (-x) = -(x) et conséquences graphiques
- Périodicité 2 et réduction de l'intervalle d'étude à [0, ]
- Formules d'addition et de duplication pour cosinus et sinus
- Dérivée de la fonction sinus : ()' =
- Dérivée de la fonction cosinus : ()' = -
- Dérivation des composées x ( x + ) et x ( x + )
- Dérivation de produits et quotients de fonctions trigonométriques
- Limites trigonométriques usuelles et limite fondamentale _x 0 x/x = 1
- Étude des variations et tableau complet de fonctions trigonométriques
- Convexité et points d'inflexion des fonctions trigonométriques
- Résolution d'équations trigonométriques sur un intervalle borné
- Résolution d'inéquations trigonométriques et lecture sur le cercle
- Modélisation de mouvements oscillatoires et signaux harmoniques
- Bilan : Synthèse et méthode sur Fonctions trigonométriques