Mécanique

Pendule

Observez le pendule accélérer au point le plus bas et s'arrêter au sommet de chaque oscillation.

Pendule — simulation interactive de Mécanique. Observez le pendule accélérer au point le plus bas et s'arrêter au sommet de chaque oscillation. Laboratoire virtuel de physique gratuit dans le navigateur, avec mesures SI en direct et tutoriel guidé.

Mouvement harmonique simple

Un pendule oscille car la gravité fournit une force de rappel vers l'équilibre. Pour de petits angles, le mouvement est approximativement harmonique simple.

Quand le pendule est déplacé, la composante de la gravité le long de l'arc le ramène vers le point le plus bas. Cette force de rappel le fait osciller — accélération au bas, ralentissement aux extrémités, cycle régulier.

• Période T ≈ 2π√(L/g) (petits angles)
• Force de rappel ∝ déplacement (petit θ)

Mémoire d'enquête

Planifiez la question avant d'ouvrir le laboratoire

Le brief reprend la page pré-rendue  : question directrice, prédictions concurrentes, rôles des variables, lois directrices, préparation et consignes d’analyse et de prolongement restent visibles et dans cet ordre.

Question de conduite

Si l’on double la longueur d’un pendule, qu’arrive-t-il à sa période ? Est-ce qu'alourdir le carré change la période ?

Des pronostics à peser

• Un pendule plus long a une période plus longue (oscille d'avant en arrière plus lentement)  ; la masse n'a aucun effet.
• Un pendule plus long a une période plus courte (il oscille plus rapidement).
• Un bob plus lourd se balance plus lentement, quelle que soit la longueur de la corde.

Rôles variables

Ce que vous définissez  :

• Messe (kg)
• Longueur de corde (m)
• Angle de libération (°)

Ce que vous mesurez  :

• Période (s)
• Vitesse maximale (m/s)

Comment se déroule l'enquête

1. Ouvrez le préréglage Pendulum dans le bac à sable de la mécanique.
2. Confirmez que la sonde de vitesse sur le bob est active dans le panneau Mathématiques  : vous lirez sa valeur maximale au bas de chaque swing.
3. Pour chaque rangée, définissez la masse du bob, la longueur de la corde et l'angle de dégagement par rapport à la verticale, puis relâchez le bob et laissez-le se balancer.

Équation gouvernante

Période Pendule (Petit Angle) — T = 2π·√(L / g)

Pour les petits angles de déclenchement, la période d'un simple pendule dépend uniquement de sa longueur et de sa gravité, et non de la masse du mouvement ou de la distance à laquelle il est relâché.

Énergie potentielle gravitationnelle — PE = m·g·h

La hauteur à laquelle le bob tombe depuis son point de libération jusqu'au bas de la balançoire, h = L(1 − cos θ₀), définit la quantité d'énergie potentielle convertie en énergie cinétique – et donc la vitesse à laquelle le bob se déplace en bas.

Ce que la feuille de travail imprimable demande aux élèves de résoudre

• Pour une rangée, calculez la vitesse maximale du bob au bas de la balançoire en utilisant la conservation d'énergie (½mv² = mgh, avec h = L(1 − cos θ₀)) et comparez-la à la lecture de votre sonde de vitesse en direct. Sont-ils d'accord ?
• Regardez la colonne de période sur les trois lignes. Est-ce que ça dépend de la masse du bob ? Utilisez la formule pour expliquer pourquoi ou pourquoi pas.

Où cela apparaît au-delà du laboratoire

• La formule de période T = 2π√(L/g) suppose de petits angles de déclenchement. Prévoyez ce qui arrive à la période réelle lorsque l'angle de déclenchement dépasse 30°  : la période mesurée par le bac à sable correspondrait-elle toujours à la formule ?
• Au bas de la balançoire, le pendule se déplace le plus rapidement. Où est passée son énergie potentielle gravitationnelle initiale et pourquoi le total reste-t-il (presque) constant sur de nombreuses oscillations ?

• AP Physics 1 — Unit 7: Oscillations
• AP Physics C: Mechanics — Unit 7: Oscillations
• IB Physics — A.1 Kinematics
• IB Physics — C.1 Simple harmonic motion
• General High School Physics — Waves & sound
• NGSS High School Physics — Energy accounting in systems
• Middle School Physical Science — Stored (potential) energy

1. Bienvenue au pendule
2. Sélectionnez le pendule
3. Appuyez sur Lecture
4. Aller-retour
5. Ouvrez les données
6. Bravo !

Ouvrez la simulation interactive pour construire la scène, appuyez sur Lecture et explorez avec des mesures en direct et un tutoriel guidé.

Ouvrir le laboratoire interactif →

Télécharger la fiche de laboratoire →

Conservation de l'énergie