LM 11 les oscillations et la mesure du temps

Thème 2 :
I) Travail d'une force constante
On appelle travail d'une force constante F, lors d'un
déplacement rectiligne de son point d'application, le
produit scalaire de la force par le déplacement .
Le travail d’une force constante ne dépend pas du
chemin suivi.
Travail moteur - Travail résistant
La travail d'une force est une grandeur algébrique (W peut-être
positif, négatif ou nul). Trois cas sont possibles:
0≤α<90°: Dans ce cas, cos(α)≥0 et WAB(F)≥0. On dit
que la force effectue un travail moteur.
0<α<90°: Dans ce cas, cos(α)<0 et WAB(F)<0. On dit
que la force effectue un travail résistant.
α=90°: Dans ce cas, cos(α)=0 et WAB(F)=0. La force
n'effectue aucun travail.
II) Travail du poids d’un corps
Le travail du poids du solide S s'écrit:.
III) Travail d’une force électrique
Soit une particule de charge q assimilée à un point matériel
placée dans un champ électrostatique uniforme E se déplaçant
d'un point A à un point B.
La force électrostatique 𝐹=𝑞 𝐸 qui s'exerce sur la particule est
constante car le champ 𝐸 est uniforme.
Le travail de la force 𝐹 sur le déplacement AB s’écrit :
IV) Travail d’une force de frottements
Soit un objet se déplaçant sur un plan horizontal. Cet objet est
soumis à 3 forces :

Son poids 𝑃 exercé par la Terre.

La réaction 𝑅 qui peut être décomposée en deux
composantes
•
La composante normale 𝑅𝑁 perpendiculaire au support (et au
déplacement) dont le travail est nul.
•
La composante tangentielle 𝑓 appelée force de frottement.
Le travail de la force de frottement s’écrit:
V) Force conservative ou non conservative
1. Force conservative et énergie potentielle
Une force est conservative lorsque son travail lors
d’un déplacement d’un point A vers un point B ne
dépend que des positions des points A et B.
2. Force non conservative
Lorsque le système est soumis à des forces non
conservatives, sa variation d’énergie mécanique est
égale au travail des forces non conservatives :
Exemple :
Force conservative
Soit un objet se déplaçant dans le champ de pesanteur d’un point A d’altitude
zA vers un point B d’altitude zB.
Sa variation d’énergie potentielle s’écrit :
et est égale à l'opposé du
travail de son poids
Exemple :
Force non conservative
Prenons le cas de la chute où l'objet est soumis à des frottements
dus à l'air. L'énergie mécanique de l'objet diminue au cours de
son mouvement. Une partie de l'énergie a été dissipée par
transfert thermique par les forces de frottement.
Dans ce cas, l'énergie
mécanique du système ne
se conserve pas et
V. Oscillations libres: étude énergétique
Si l’amplitude angulaire est
inférieure à 10° ( 𝜃0<10° ),
l’expérience montre que la
période T0 ne dépend pas de
l’amplitude angulaire 𝜃0.
L’expérience montre
que la période d’un
pendule simple a pour
expression :
Transferts d'énergie au cours des
oscillations.
La boule du pendule est soumise à deux forces :
Son poids 𝑃 exercé par la Terre.
La tension 𝑇 exercée par le fil.
Au cours des oscillations du pendule, lorsque l'énergie
cinétique 𝐸𝐶 du pendule est maximale, l'énergie
potentielle 𝐸𝑃𝑃 est minimale et réciproquement: il y a
conversion d'une forme d'énergie dans l'autre par
l'intermédiaire du travail d'une force conservative, le poids.
𝐸
L'énergie mécanique 𝑚 du
pendule se conserve.
Cas d’un système soumis à des forces
de frottement
Lorsque le pendule est soumis à des frottements, l'amplitude de ses
oscillations diminue au cours du temps et l'énergie mécanique 𝐸𝑚 du
système diminue: il y a dissipation d'énergie par transfert thermique par
l'intermédiaire de forces non conservatives, les forces de frottement..
𝐸
L'énergie mécanique 𝑚 du
pendule ne se conserve pas.
VI. Le temps atomique.
Les définitions successives de la seconde se sont appuyées sur des
mouvements périodiques.
Une horloge atomique est une horloge qui utilise la pérennité et l'immuabilité de
la fréquence du rayonnement électromagnétique émis par un électron lors du
passage d'un niveau d'énergie à un autre pour assurer l'exactitude et la stabilité
du signal oscillant qu'elle produit.
La précision et la stabilité des horloges atomiques sont telles que, depuis1967,
l'horloge atomique au césium 133 est un étalon pour la mesure temps et sert à
la définition de la seconde.