📘 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 : $E_c = \frac{1}{2}mv^2$ et $E_p = \frac{1}{2}kx^2 + C$. En choisissant $E_p = 0$ à l'équilibre ($x=0$), on a $E_p = \frac{1}{2}kx^2$.
- Pour un pendule simple : $E_p = mgl(1 - \cos\theta) \approx \frac{1}{2}mgl\theta^2$ pour les faibles amplitudes.
- Si les frottements sont négligeables, $E_m = \text{constante}$ (conservation de l'énergie).
Méthodes à maîtriser
- Établir l'expression de $E_m$ : Identifier les forces et choisir l'état de référence de $E_p$ ($E_p=0$ à l'équilibre).
- Dériver $E_m$ par rapport au temps : $\frac{dE_m}{dt} = 0$ permet de retrouver l'équation différentielle du mouvement.
- Exploiter les graphes : Savoir lire $E_{max}$ (amplitude), $E_c$ et $E_p$ aux points particuliers (passages par l'équilibre ou aux extrémités).
Exemples corrigés
Exemple : Un ressort de raideur $k=20 , \text{N/m}$ oscille avec une amplitude $X_m = 0,1 , \text{m}$. Calculer $E_m$ : $E_m = \frac{1}{2}kX_m^2 = 0,5 \times 20 \times (0,1)^2 = 0,1 , \text{J}$.
Erreurs fréquentes
- Oublier la constante $C$ dans $E_p$ si le niveau de référence n'est pas l'équilibre.
- Confondre $v$ (vitesse instantanée) et $v_{max}$ lors du calcul de $E_c$.
- Penser que $E_m$ diminue en l'absence de frottements.