Pour sc math et sc physique. :::3&0$ 1) Travail d'une force constante lors d'un déplacement rectiligne: 2) Travail de la tension d'un ressort: Donc le travail de la tension du ressort lorsque son point d'application se déplace d'un point M1d'abscisse x1 à un point M2 d'abscisse x2 est donné par la relation suivante : 1 2 2 WT .K .(x1 x 2 ) T 1T 2 2 )1( 1)Energie potentielle de élastique: L'énergie potentielle élastique d'un pendule élastique est l'énergie qu'il possède grâce à la déformation du ressort, elle est donnée par la relation suivante: 1 E pe .K .x 2 C 2 C: est une constante qui dépend du choix de l’état de référence de l’énergie potentielle élastique . x : allongement du ressort (en mètre) E pe : énergie potentielle élastique en (J). En considérant comme état de référence Epe=0 lorsque x=0 la constante C=0 donc : E pe 1 .K .x 2 2 2) Conservation de l'énergie mécanique: Pendant les oscillations libres non amorties d'un pendule élastique horizontal constitué d'un corps S de masse m et d'un ressort de constante de raideur K, appliquons le théorème de l'énergie cinétique sur le corps S entre un point M1d'abscisse x1 à d'abscisse x2 un point M2 : Ec 2 Ec 2 Ec1 Epe1 d’où: Em2 Em1 donc l'énergie mécanique est constante. 3 Détermination de l'équation différentielle par étude énergétique: te Si les frottement sont négligeables , l'énergie mécanique de l'oscillateur est constante : E m C donc: Or : E m Ec E pe . 1 1 .mx 2 .K .x 2 2 2 1 1 .m.(2.x.x .K .(2.xx ) 0 2 2 donc: dEm d 1 1 ( .m.x 2 .K .x 2 ) 0 dt dt 2 2 dE m 0 dt x.(m.x K .x) 0 d’où l'équation différentielle: m.x K.x 0 4) Expression de l'énergie mécanique du pendule élastique: La solution de l'équation différentielle: m.x K.x 0 est : donc: v x x m. x x m cos( 2. .t ) avec To . : To 2. . m K 2 2. . sin( t ) To To 5) Diagramme énergétiques : a) Cas des oscillations sans frottements : Dans le cas des oscillations sans frottements l'énergie mécanique de l'oscillateur mécanique est constante. 1 1 2 2 Em .K .xm .m.vmax C te 2 2 En considérant comme état de référence Epe=0 lorsque x=0 on a C=0 donc : E pe 1 .K .x 2 2 En représentant la variation Epe ,Ec et Em en fonction de x on obtient le diagramme suivant: A chaque instant on a ; Em=EC+Epe donc : Ec=Em-Epe Et en représentant la variation de Epe ,Ec et Em en fonction du temps on obtient le diagramme suivant: b) Cas des oscillations avec frottements : :::3&0$ Dans le cas des oscillations avec frottements l'énergie mécanique de l'oscillateur mécanique diminue jusqu'à ce qu'elle s'annule. Diagramme énergétique.: 1) Energie cinétique du système: L'énergie cinétique du pendule de torsion est égale à l'énergie cinétique de la tige qui est donnée par l'expression suivante: 1 J : est le moment d'inertie de la tige Ec .J . 2 2 2) Energie potentielle de torsion: : est la vitesse angulaire . L'énergie potentielle de torsion est donnée par la la relation suivante: , 1 E pt .C. 2 C te 2 Cte: est une constante qui dépend du choix de l’état de référence de l’énergie potentielle de torsion . En considérant comme état de référence E p t=0 lorsque: 0 donc E pt 1 .C. 2 la constante C=0 2 3) Energie mécanique du pendule de torsion: L'énergie mécanique du pendule de torsion est la somme de son énergie cinétique et son énergie potentielle de torsion. E m E c E pe En considérant comme état de référence E p t=0 lorsque 0 , l'énergie mécanique du pendule de torsion s'écrit: Em 1 1 J . 2 .C. 2 2 2 dE m 0 donc: E m C te dt dEm d 1 dE M 1 ( .J . 2 .C. 2 ) 0 0 dt dt 2 2 dt Si les frottements sont négligeables, l'énergie mécanique de l'oscillateur est constante : 1 1 .J . 2 .C. 2 donc: 2 2 1 d 1 d .J (2.. ) .C.(2. . ) 0 J .. C. . 0 d’où: J . C. 0 2 dt 2 dt 4) Diagramme énergétiques : Or : E m Ec E p . En considérant comme état de référence E p t=0 lorsque 0 , la constante 1) Energie cinétique du système: C=0 équation différentielle. donc: E pt 1 .C. 2 2 L'énergie cinétique du pendule pesant est: Ec 1 .J . 2 2 2) Energie potentielle de pesanteur: L'énergie potentielle de pesanteur du pendule pesant est : E pp m.gz C te En considérant comme état de référence E p p=0 lorsque z 0 la constante C=0 3) Energie mécanique du pendule pesant: En considérant comme état de référence E p p=0 lorsque donc: E pp m.g .z z 0 , L'énergie mécanique du système : 1 J . 2 mgz 2 4) Diagramme énergétiques : E m Ec E pp Pour les petites oscillations 15 1 cos 2 2 on peut écrire par approximation : E pp m.gd . 2 dans ce cas on a: 2 ------------------------------------- :::3&0$