📘 Fiche de cours
L'essentiel du cours
Dans un oscillateur mécanique (pendule élastique ou pesant), l'énergie mécanique $E_m$ est la somme de l'énergie cinétique $E_c$ et de l'énergie potentielle $E_p$ : $$E_m = E_c + E_p$$
- Pour un ressort horizontal : $E_c = \frac{1}{2}mv^2$ et $E_p = \frac{1}{2}kx^2$ (avec $x$ élongation).
- Pour un pendule pesant : $E_p = mgz + C$ (souvent $C=0$ au niveau de l'équilibre).
- Si les frottements sont négligeables, $E_m$ est constante : $\frac{dE_m}{dt} = 0$.
- En présence de frottements, $E_m$ diminue au cours du temps : $\frac{dE_m}{dt} < 0$.
Méthodes à maîtriser
- Établir l'expression de $E_m$ : Toujours choisir l'état de référence de l'énergie potentielle ($E_p = 0$ à l'équilibre ou à la position la plus basse).
- Utiliser la conservation : Si le système est conservatif, $E_m(t_1) = E_m(t_2)$.
- Exploiter les graphiques : Savoir lire les valeurs maximales de $E_c$ et $E_p$ sur un diagramme énergétique.
Exemples corrigés
Exemple : Ressort de raideur $k=20 , \text{N/m}$, masse $m=0,1 , \text{kg}$, amplitude $X_m = 0,05 , \text{m}$. $E_m = \frac{1}{2}kX_m^2 = 0,5 \times 20 \times (0,05)^2 = 0,025 , \text{J}$.
Erreurs fréquentes
- Oublier de convertir les unités (ex: $m$ en $g$ au lieu de $kg$).
- Confondre $E_p$ élastique et $E_p$ de pesanteur.
- Penser que $E_m$ est nulle à l'équilibre (c'est $E_p$ qui est nulle, $E_m$ est alors égale à $E_{c,max}$).