2.2.2 ´
Equations de Lagrange pour un syst`eme conservatif
Un syst`eme en mouvement dont le mouvement est param´etr´e par des degr´es de libert´e g´en´e-
ralis´es (i.e. ind´ependants) not´es qise caract´erise par son ´energie cin´etique T. Si le syst`eme est
conservatif, il est soumis `a des forces d´erivant d’un potentiel Vet `a des forces g´en´eralis´ees Qi.
Les ´equations de Lagrange s’´ecrivent alors :
d
dt ∂L
∂˙qi−∂L
∂qi
=Qi(15)
o`u L=T − V est le Lagrangien du syst`eme. Les notions de degr´e de libert´e g´en´eralis´e et de
force g´en´eralis´ee seront expliqu´ees sur les syst`emes `a plusieurs d.d.l.
Application au cas du syst`eme `a 1 d.d.l. conservatif :
Le seul degr´e de libert´e g´en´eralis´e est q=x, la force g´en´eralis´ee est Q=F. L’´energie cin´etique
s’´ecrit : T=1
2m˙x2, l’´energie potentielle (de d´eformation) est V=1
2k x2. En appliquant
l’´equation de Lagrange, on retrouve facilement l’´equation (4).
2.2.3 ´
Equations de Lagrange pour un syst`eme non conservatif
En pr´esence de forces d’amortissement interne, on peut :
– soit consid´erer les forces dissipatives comme des forces externes, leur contribution est alors
prise en compte dans l’expression des forces g´en´eralis´ees en lui ajoutant les forces g´en´eralis´ees
Qdiss
i,
– soit construire un potentiel de dissipation Dtel que Qdiss
i=−∂D
∂˙qiet consid´erer l’´equation de
Lagrange ´ecrite sous la forme suivante :
d
dt ∂L
∂˙qi−∂L
∂qi
+∂D
∂˙qi
=Qi(16)
Dans le cas du frottement visqueux, ce potentiel de dissipation s’´ecrit sous une forme quadra-
tique des vitesses :
D=1
2˙qTC ˙q (17)
Dans ce cas, la matrice Cest appel´ee matrice d’amortissement ; elle est sym´etrique semi-
d´efinie positive.
Application au cas du syst`eme `a 1 d.d.l. non conservatif :
On forme le potentiel de dissipation dont d´erive la force de frottement visqueuse :
D=1
2c˙x2(18)
L’application de l’´equation de Lagrange redonne l’´equation de mouvement (5).
Exercice : Trouver l’expression du potentiel de dissipation correspondant `a une force de frot-
tement sec (fdiss = constante) et `a une force de traˆın´ee (fdiss ∝˙x2).
2.3 Principe des travaux virtuels
Le principe s’´enonce comme suit : le travail virtuel des quantit´es d’acc´el´eration est ´egal `a la
somme du travail virtuel des efforts ext´erieurs et du travail virtuel des efforts int´erieurs, quel
que soit le d´eplacement virtuel respectant les conditions cin´ematiques.
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