📘 Fiche de cours
L'essentiel du cours
L'énergie mécanique $E_m$ d'un oscillateur est la somme de son énergie cinétique $E_c$ et de son énergie potentielle $E_p$ : $$E_m = E_c + E_p$$
- Pour un pendule élastique horizontal : $E_c = \frac{1}{2}m\dot{x}^2$ et $E_p = \frac{1}{2}kx^2$ (référence $E_p=0$ à $x=0$).
- Pour un pendule pesant : $E_p = mgz + C$.
- Théorème de l'énergie mécanique : Si le système est soumis à des forces conservatives uniquement, $E_m$ est constante ($\frac{dE_m}{dt} = 0$). Si des forces de frottement interviennent, $E_m$ diminue : $\frac{dE_m}{dt} = \sum P_{non-cons} < 0$.
Méthodes à maîtriser
- Établir l'expression de $E_m$ : Identifier les énergies en jeu selon le type de pendule.
- Dériver $E_m$ par rapport au temps : Pour retrouver l'équation différentielle du mouvement.
- Tracer les courbes énergétiques : Savoir identifier $E_c(t)$, $E_p(t)$ et $E_m(t)$ sur un graphique.
- Calculer la perte d'énergie : Faire la différence $\Delta E_m = E_m(t_2) - E_m(t_1)$.
Exemples corrigés
Exemple : Pendule élastique horizontal sans frottement. $E_m = \frac{1}{2}m\dot{x}^2 + \frac{1}{2}kx^2 = Cte$. En dérivant : $m\dot{x}\ddot{x} + kx\dot{x} = 0 \implies \ddot{x} + \frac{k}{m}x = 0$. C'est l'équation différentielle.
Erreurs fréquentes
- Oublier la constante $C$ dans l'expression de $E_p$ pour le pendule pesant.
- Confondre la période des énergies ($T/2$) avec la période du mouvement ($T$).
- Oublier que $E_m$ n'est pas constante en présence de frottements.