Dans notre vie quotidienne, nous rencontrons différents types de mouvements présentés par différents corps. En physique, le mouvement de translation est le type de mouvement dans lequel le corps se déplace d’un endroit à un autre par rapport au temps. Un vol, par exemple, ou un train ou une balle en mouvement sont autant d’exemples de mouvements de translation. Ensuite, nous avons le mouvement oscillatoire, dans lequel le corps répète le même mouvement à plusieurs reprises. L’horloge, le diapason, le mouvement de la balançoire, etc. sont des exemples de mouvements oscillatoires. Les oscillations et les ondes font partie d’une multitude de phénomènes dont nous faisons l’expérience tous les jours.
Les oscillations ou les vibrations sont libres si, après une excitation initiale, le système oscille sous l’effet de ses propres forces internes, mais sans forces externes. En revanche, si la force extérieure continue à entretenir l’oscillation du système, les vibrations sont dites forcées. La force extérieure est alors appelée force motrice. Ainsi, un corps exécute des vibrations libres lorsqu’il oscille sans l’influence d’une force extérieure, tandis que lorsqu’un système oscillant librement est soumis à une force extérieure, affectant ainsi son oscillation, il commence à produire des vibrations (ou oscillations) forcées. Examinons quelques différences essentielles entre les oscillations libres et les oscillations forcées.
Qu’est-ce que les oscillations libres ?
Prenons l’exemple d’un diapason. Lorsque vous frappez un diapason, il commence à vibrer pendant un certain temps à une fréquence donnée. Cela signifie qu’il est en oscillation libre parce qu’il vibre à sa fréquence naturelle et que le diapason agit comme un oscillateur libre. Ainsi, si un oscillateur est réglé pour vibrer à sa fréquence naturelle sans qu’aucune force extérieure n’agisse sur lui, il est décrit comme un oscillateur libre. Les vibrations sont libres si, après une excitation initiale, le système fait osciller le sujet sous l’effet de ses propres forces internes sans qu’aucune force extérieure ne lui soit appliquée. On dit alors que le sujet est en oscillation libre. En l’absence de toute force extérieure, on dit que l’oscillateur libre a une amplitude et une période constantes. Idéalement, un oscillateur libre ne subit pas d’amortissement à moins qu’une résistance ne soit appliquée à l’oscillation libre.
Qu’est-ce qu’une oscillation forcée ?
Prenons l’exemple d’une balançoire. Lorsque vous poussez la balançoire une seule fois, elle agit comme un oscillateur libre qui oscille à sa propre fréquence naturelle sans aucune interférence d’une force extérieure. Mais elle finit par s’arrêter. En revanche, si vous poussez la balançoire chaque fois qu’elle commence à ralentir ou qu’elle atteint un certain point, elle agit comme un oscillateur forcé et continuera à osciller parce qu’elle est soumise à une force extérieure. Ainsi, le sujet cède à la force extérieure et oscille avec une amplitude constante et à la fréquence de la force. Ses oscillations sont alors appelées oscillations forcées. En termes techniques, les oscillations forcées peuvent être définies comme les oscillations dans lesquelles le corps oscille avec une fréquence autre que sa fréquence naturelle sous l’influence d’une force périodique externe.
Différence entre oscillations libres et oscillations forcées
Définition des oscillations libres vs. Oscillations forcées
– Les oscillations libres sont des oscillations exécutées par un sujet sans être influencées par une force extérieure. Elles se produisent en raison des forces élastiques et de l’inertie du système. Sans force extérieure, on dit que l’oscillateur libre a une amplitude et une période constantes. Au contraire, les oscillations forcées peuvent être définies comme des oscillations dans lesquelles le corps oscille avec une fréquence différente de sa fréquence naturelle sous l’influence d’une force périodique externe. La force extérieure est ici appelée force motrice.
Exemple d’oscillations libres ou forcées
– Prenons l’exemple d’une balançoire de terrain de jeu. Lorsque vous poussez la balançoire une seule fois, elle oscille à sa propre fréquence naturelle sans aucune interférence d’une force extérieure, elle agit donc comme un oscillateur libre. Mais si vous poussez la balançoire chaque fois qu’elle commence à ralentir ou qu’elle atteint un certain point, elle continuera à osciller parce qu’elle est maintenant soumise à une force extérieure, elle agit donc comme un oscillateur forcé. D’autres exemples d’oscillations libres incluent un diapason, un pendule, etc.
Résumé des oscillations libres vs. Oscillations forcées
En résumé, les oscillations libres sont des oscillations dans lesquelles un corps ou un système oscille avec sa propre fréquence naturelle sans être influencé par une force extérieure. Au contraire, les oscillations forcées sont des oscillations dans lesquelles le corps oscille avec une fréquence différente de sa fréquence naturelle sous l’influence d’une force périodique externe. Les oscillations libres diminuent progressivement en raison des forces de résistance appelées forces d’amortissement, tandis que les oscillations forcées persistent tant que le corps est soumis à une force extérieure.