📘 Fiche de cours
L'essentiel du cours
Un système oscillant est un système qui effectue des mouvements de va-et-vient autour d'une position d'équilibre.
1. Le pendule simple : Il est constitué d'une masse $m$ suspendue à un fil de longueur $l$. Pour de petites oscillations ($\sin \theta \approx \theta$), la période propre $T_0$ est : $$T_0 = 2\pi \sqrt{\frac{l}{g}}$$ Où $g$ est l'intensité de la pesanteur ($m/s^2$).
2. Le système masse-ressort : Un objet de masse $m$ est attaché à un ressort de constante de raideur $k$. La période propre $T_0$ est : $$T_0 = 2\pi \sqrt{\frac{m}{k}}$$
3. Énergie mécanique : Dans un système sans frottements, l'énergie mécanique $E_m$ est conservée ($E_m = \text{constante}$). $$E_m = E_c + E_{pp} + E_{pe}$$
- Énergie cinétique : $E_c = \frac{1}{2}mv^2$
- Énergie potentielle de pesanteur : $E_{pp} = mgh$
- Énergie potentielle élastique : $E_{pe} = \frac{1}{2}kx^2$
Méthodes à maîtriser
- Calculer la période ou la fréquence : Utiliser les formules de $T_0$ et la relation $f_0 = \frac{1}{T_0}$.
- Déterminer une constante ($k$ ou $l$) : Isoler l'inconnue dans la formule de $T_0$. Par exemple pour le ressort : $k = \frac{4\pi^2 m}{T_0^2}$.
- Utiliser la conservation de l'énergie : Égaliser l'énergie au point de départ (souvent $E_m = E_{pe}$) et au point de passage (souvent $E_m = E_c$).
Exemples corrigés
Exemple : Un pendule simple a une longueur $l = 0,4 \text{ m}$. Calculer sa période propre ($g = 9,8 \text{ m/s}^2$). Solution :
- On applique la formule : $T_0 = 2\pi \sqrt{\frac{l}{g}}$
- Application numérique : $T_0 = 2\pi \sqrt{\frac{0,4}{9,8}} \approx 2\pi \sqrt{0,0408} \approx 2\pi \times 0,202 \approx 1,27 \text{ s}$.
Erreurs fréquentes
- Unités : Ne pas convertir la longueur $l$ en mètres ($m$) ou la masse $m$ en kilogrammes ($kg$).
- Confusion $T$ et $f$ : Inverser la période et la fréquence. Rappel : $f = 1/T$.
- Oubli du carré : Lors de l'isolement de $T_0$ dans une formule, oublier d'élever au carré pour éliminer la racine.