Equations différentielles du second ordre


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$$\ddot{g}$$
$$\frac{\omega_0}{Q}\dot{g}$$
$$\omega_0^2g=0$$
To
Q
go
ġo

Solutions de la forme \(e^{r t}\) où r est solution de l'équation caractéristique :

\( r^2 \)  +  \( \displaystyle \frac{\omega_0}{Q} r \)  +  \( \omega_0^2 = 0 \)

Δ < 0 ⇒ r1 et r2 complexes conjugués
⇒ er1t et er2t sont des exponentielles complexes
⇒ g(t) s'exprime à l'aide de fonctions sinusoïdales
⇒ g(t) est pseudo-oscillante

Δ > 0 ⇒ r1 et r2 réelles
⇒ er1t et er2t sont des exponentielles réelles
⇒ g(t) n'oscille pas

Δ = 0 ⇒ une solution double r réelle
⇒ ert exponentielle réelle
⇒ g(t) n'oscille pas

Δ > 0 ⇒ r1 et r2 réelles
⇒ er1t et er2t sont des exponentielles réelles
⇒ g(t) n'oscille pas

Coefficient du terme du 1er ordre + ω0/Q > 0
⇒ amortissement


✋Manipuler.
Changer les signes de l'équation (clic sur les signes), les valeurs des paramètres et répondre aux questions suivantes.
Si la courbe n'apparaît pas (en particulier lorsque les solutions sont divergentes), modifier les paramètres (utiliser les zoom).
1/ Pour quels signes des coefficients obtient-on une relaxation (retour à l'équilibre, ici la valeur 0) ? Une solution divergente (qui tend vers ± ∞) ?
2/ Pour quel signe du coefficient du terme d'ordre 0 et quelle valeur de Q (et donc de Δ) obtient-on une solution pseudo-oscillante ?
3/ A quelle condition supplémentaire obtient-on une solution oscillante croissante ? Décroissante ?

✎ Solutions de l'équation différentielle homogène

Pseudo-oscillations décroissantes (amortissement) : \(g(t) = e^{-t/\tau}(A \cos(\omega t) + B \sin(\omega t) )\)
\( \displaystyle r_{1/2} = - \frac{1}{\tau} \pm j \omega \)   avec   \(\displaystyle \frac{1}{\tau}=\frac{\omega_0}{2Q}\)  et   \( \displaystyle \omega = \omega_0 \sqrt{1-\frac{1}{4 Q^2}} \)
Pseudo-oscillations croissantes (amplification): \(g(t) = e^{t/\tau}(A \cos(\omega t) + B \sin(\omega t) )\)
\( \displaystyle r_{1/2} = + \frac{1}{\tau} \pm j \omega \)   avec   \(\displaystyle \frac{1}{\tau}=\frac{\omega_0}{2Q}\)  et   \( \displaystyle \omega = \omega_0 \sqrt{1-\frac{1}{4 Q^2}} \)
Relaxation apériodique (amortissement) : \(g(t) = e^{-t/\tau}(A e^{\omega t} + B e^{-\omega t} )\)
\( \displaystyle r_{1/2} = - \frac{1}{\tau} \pm j \omega \)   avec   \(\displaystyle \frac{1}{\tau}=\frac{\omega_0}{2Q}\)  et   \( \displaystyle \omega = \omega_0 \sqrt{\frac{1}{4 Q^2} -1} \)
Solution divergente (amplification) : \(g(t) = e^{t/\tau}(A e^{\omega t} + B e^{-\omega t} )\)
\( \displaystyle r_{1/2} = + \frac{1}{\tau} \pm j \omega \)   avec   \(\displaystyle \frac{1}{\tau}=\frac{\omega_0}{2Q}\)  et   \( \displaystyle \omega = \omega_0 \sqrt{\frac{1}{4 Q^2} -1} \)
Relaxation apériodique critique (amortissement) : \(g(t) = e^{-\omega_0 t}(A t + B)\)
\( \displaystyle r = -\omega_0 \)
Relaxation apériodique critique (amortissement) : \(g(t) = e^{\omega_0 t}(A t + B)\)
\( \displaystyle r = \omega_0 \)
Solution divergente : \(g(t) = e^{\pm t/\tau}(A e^{\omega t} + B e^{-\omega t} )\)
\( \displaystyle r_{1/2} = \pm \frac{1}{\tau} \pm \omega \)   avec   \(\displaystyle \frac{1}{\tau}= \frac{\omega_0}{2Q}\)  et   \( \displaystyle \omega = \omega_0 \sqrt{1+\frac{1}{4 Q^2}} \)