Conservation de l'énergie pour un pendule (étude cinématique)

Christiaan Huygens (1629-1695), scientifique néerlandais, a développé la théorie du pendule et inventé la première horloge à pendule précise. L'analyse du mouvement pendulaire illustre parfaitement le principe de conservation de l'énergie mécanique formulé plus tard par Leibniz. Pour un pendule simple, cette énergie se décompose en deux formes: l'énergie potentielle gravitationnelle, Ep = mgh (où h est la hauteur par rapport au point le plus bas), et l'énergie cinétique, Ec = ½mv² (où v est la vitesse instantanée). Selon le principe de conservation, la somme Ep + Ec reste constante en l'absence de frottements. Au point le plus haut du mouvement, l'énergie est principalement potentielle (v ≈ 0); au point le plus bas, elle est principalement cinétique (h = 0). Entre ces extrema, l'énergie se transforme progressivement d'une forme à l'autre. Le module d'analyse cinématique de FizziQ permet de quantifier précisément ces transformations en fournissant les coordonnées y (pour calculer h) et la vitesse v à chaque instant. Pour un pendule idéal sans frottement, l'énergie mécanique totale devrait rester parfaitement constante. En pratique, on observe une légère diminution au fil du temps, principalement due à la résistance de l'air et aux frottements au point de suspension. Cette décroissance est un exemple de dissipation d'énergie, convertie en chaleur selon le second principe de la thermodynamique. L'amplitude des oscillations diminue ainsi progressivement, un phénomène appelé amortissement. Le taux de cette diminution peut être utilisé pour estimer le coefficient de frottement du système.