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Niveau Maths sup
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équations différentielles-Toricelli

Posté par
Turandot
09-12-09 à 23:12

Bonsoir,

J'ai un problème à vous soumettre :

Soit un cylindre, de rayon 1/2 m et de hauteur 1,5 m.
Je perce un orifice de 1 cm de diamètre.
Je sais que la vitesse d'écoulement respecte la formule de Toricelli : v(t) = 0.6 * rac(2g*h(t)) où h(t) est la hauteur en fonction du temps.

Sachant qu'en t=0, h= 1.5 m, donner l'équation du volume en fonction du temps.

J'ai tenté un raisonnement qui me dit que la vitesse est la dérivée de la position. h est la position, donc, dh/dt=v(t)

J'ai une équation différentielle : dh/dt = 0.6 * rac(2g*h(t)) mais j'obtiens h(t)=)0.18t²+2.68*K*t+K. Et je ne vais pas plus loin car ça me paraît illogique ! la fonction h en fonction de t est une parabole ! h diminue puis augmente. C'est complétement impossible...

Merci d'avance^pour votre aide.

Posté par
Turandot
re : équations différentielles-Toricelli 10-12-09 à 06:53

J'espère vous pourrez m'aider

Posté par
JJa
re : équations différentielles-Toricelli 10-12-09 à 09:17

Bonjour,

tu as écrit : << J'ai tenté un raisonnement qui me dit que la vitesse est la dérivée de la position. h est la position, donc, dh/dt=v(t) >>
C'est faux.
En effet, la vitesse est bien proportionnelle à la dérivée de h(t), mais n'est pas égale à cette dérivée.
Si tu comprends bien le phénomène physique, tu dois être capable d'écrire la relation de proportionnalité qui existe entre v et h' et de calculer les valeurs numériques des coefficients qui figurent dans cette relation à partir des données de l'énoncé.

Posté par
Rudi
re : équations différentielles-Toricelli 10-12-09 à 09:22

bonjour

soit h1 à t1 et h2<h1 à t2

Delta_Volume = 2pir.delta_h

j'appelle V le volume et divise par dt

dV/dt = 2pir.dh/dt

V'=2pir.h' soit V(t) = 2pirh(t)+C
t=0, V=2pir.(1,5) => V(t)=2pirh(t)

comme la vitesse, v, s'exprime en fonction de h(t) et que le volume dV vaut -v.dt
dV = -v.dt = -0.6 racine(2g.h(t)).dt

V'= -0.6 racine(2g.h(t))

V' = -0.6 racine((g/pi.r)V)

en appelant y=V, on a y' = -0.6 racine((g/pi.r)y) de la forme y' = a.racine(y)

posons racine(y)=Y
y=Y²
y'=2YY'
d'où
2YY'=aY, Y=0 est solution
Y'=a/2
Y=a/2.t+Cte

y=Y²=(at/2+Cte)²

V(t)=(-t.0,3.racine(g/pi.r)+Cte)²

à t=0 V(0)=2pir.(1,5) ce qui permet de déduire Cte

vérifie, je ne suis pas sûr

Posté par
Turandot
re : équations différentielles-Toricelli 10-12-09 à 13:06



Merci mais remarque que tu as une parabole pour le volume... Est-ce possible ?

Posté par
Turandot
re : équations différentielles-Toricelli 10-12-09 à 13:09



Et comment arrive tu à conclure que dV vaut -v.dt  ?

Posté par
Rudi
re : équations différentielles-Toricelli 10-12-09 à 17:06

tu as raison, en considérant la vitesse de sortie v, j'ai oublié de tenir compte du rayon r' du trou

il faut tenir compte de la conservation des débits entre la vitesse du liquide en surface v' et celle en sortie v avec :

v'(pi.r²) = v(pi.r'²)

rudy

Posté par
Rudi
re : équations différentielles-Toricelli 10-12-09 à 18:05

volume(t) peut être une parabole convexe, décroissante jusqu'à zéro, correspondant au temps de vidage du cylindre

je trouverais 9216 secondes, ce qui me semble quand même très élevé et je suspecte une erreur d'application numérique cette fois

je reviens plus tard

rudy



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