Phénomène de résonance
Voici un résumé structuré du phénomène de résonance , adapté à une présentation pédagogique ( niveau lycée ou licence) :
4.5. Phénomène de résonance
1. Présentation expérimentale du phénomène
Dispositif typique : Excitateur – Résonateur
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Excitateur : Système extérieur appliquant une force périodique ( moteur, vibreur, générateur de signal).
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Résonateur : Système oscillant capable de vibrer librement ( pendule, masse- ressort, corde tendue...).
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Lorsqu'on applique une force sinusoïdale à un système oscillant, celui- ci réagit par une oscillation forcée .
Amplitude et période des oscillations
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Amplitude dépend de la fréquence de l’excitateur :
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Si cette fréquence est loin de la fréquence propre , les oscillations sont faibles.
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Lorsque cette fréquence est proche de la fréquence propre du système, l'amplitude augmente fortement : phénomène de résonance .
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La période de l’oscillation forcée est imposée par la fréquence de la force excitatrice.
Influence de l’amortissement
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L’ amortissement ( frottements, résistances internes) limite l’amplitude maximale .
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Un système faiblement amorti montre une résonance très marquée ( pic d’amplitude élevé et étroit).
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Un système fortement amorti montre une résonance plus étalée et moins intense .
2. Exemples de résonance mécanique
| Exemple | Description | Conséquence |
|---|---|---|
| Ponts suspendus | Sous l’effet du vent ou du passage de piétons en cadence | Vibrations incontrôlées, risque d’effondrement ( ex : pont de Tacoma Narrows, 1940) |
| Cloches | Excitation par marteau à une fréquence donnée | Son amplifié à la fréquence propre |
| Balançoire | Poussée à chaque passage selon la fréquence naturelle | Amplitude croissante si synchronisée |
| Cordes d'instruments | Vibrations par frottement ou percussion | Amplification du son à certaines fréquences |
Représentation graphique ( optionnelle)
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Courbe d'amplitude en fonction de la fréquence : forme de cloche ( pic de résonance).
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Courbe affectée par l’amortissement ( plus il est grand, plus la cloche est basse et large).