📘 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 $E_p$ : $$E_m = E_c + E_p$$
- Pendule élastique horizontal : $E_p = E_{pe} = \frac{1}{2} k x^2$ (avec $x$ élongation).
- Pendule simple : $E_p = E_{pp} = m g l (1 - \cos\theta) \approx \frac{1}{2} m g l \theta^2$ (pour les petits angles).
- Conservation : En l'absence de frottements, $E_m = \text{constante}$, donc $\frac{dE_m}{dt} = 0$.
Méthodes à maîtriser
- Établir l'expression de $E_m$ : Exprimer $E_c = \frac{1}{2} m v^2$ et $E_p$ en fonction du temps ou de la position.
- Utiliser la conservation : Si le système est conservatif, $E_m(t) = E_m(0)$.
- Interprétation graphique : Savoir lire les courbes $E_c(t)$ et $E_p(t)$ qui sont en opposition de phase.
Exemples corrigés
Exemple : Un ressort de raideur $k=20 , \text{N/m}$ avec une masse $m=0,2 , \text{kg}$. Si $x_{max} = 0,1 , \text{m}$, alors $E_m = \frac{1}{2} k x_{max}^2 = \frac{1}{2} \times 20 \times (0,1)^2 = 0,1 , \text{J}$.
Erreurs fréquentes
- Oublier que $E_m$ est constante seulement sans frottements.
- Confondre l'énergie potentielle élastique avec celle de pesanteur.
- Ne pas convertir les unités (ex: $k$ en N/m, $x$ en m).