Energie de l'oscillateur harmonique
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On considère un oscillateur harmonique idéal qui obéit à l'équation :
m.d2x / dt2 + k.x = 0.
L'équation de son mouvement est :
x = a .sin ω.t avec ω = (k / m)½
L'expression de sa vitesse dx / dt est v = a .ω.cos ω.t
L'énergie cinétique de l'oscillateur est :
Ec = ½ m.v2 = ½.m.a2.ω2.cosω2.t
Ec = ½.m.a2.ω2.(1 − sinω2.t) = ½.m.ω2.(a2− x2)
Son énergie potentielle est :
Ep = ½ k.x2 = ½ m ω2. x2
L'énergie mécanique totale de l'oscillateur idéal est donc constante est égale à :
Et = ½ m ω2. a2 = ½ k. a2 |
Utilisation :
On considère un oscillateur (cercle cyan) tel que :
a = 10, m = 20, k = 5. (unités arbitraires)
On a représenté (en bleu) la parabole d'équation y = ½. k . x2;
La flèche rouge correspond au vecteur vitesse; La barre jaune tracée sur l'axe Oy de la parabole a une longueur égale à Ep et la barre verte une longueur égale à Ec.
Il est possible de modifier la vitesse de l'animation et de "geler" celle-ci en pressant le bouton droit de la souris.
Vérifier les équations de la partie "commentaires".
Examiner en détail les cas x = 0 et x = ±a. |