▷ Pendule

Cet article explique ce que sont les pendules et quelles sont leurs caractéristiques. De plus, vous pourrez voir quels sont les différents types de pendules.

Qu'est-ce qu'un pendule ?

Un pendule est constitué d'une masse suspendue à un point fixe et pouvant osciller librement. Autrement dit, le pendule est un système physique composé d'une masse suspendue à un point fixe par un fil ou une corde et qui peut osciller librement entre deux extrêmes.

Lorsque la masse du pendule est déplacée de sa position de repos, c'est-à-dire de sa position d'équilibre, puis relâchée, la masse accélère vers sa position d'équilibre sous l'effet de la gravité. Ensuite, la masse commencera à osciller d’un côté à l’autre jusqu’à s’arrêter dans sa position d’équilibre en raison du frottement avec l’air.

Par exemple, le mouvement d’un pendule est clairement visible dans une horloge à pendule, dont le poids oscille à plusieurs reprises de gauche à droite pour mesurer le temps. Ainsi, le mouvement oscillatoire effectué par un pendule est appelé mouvement pendulaire .

Le pendule simple

Le pendule simple , également appelé pendule mathématique ou pendule idéal , est un système composé d'une particule de masse suspendue à un point fixe par un fil d'une certaine longueur.

En physique, le pendule simple est utilisé pour étudier le mouvement oscillatoire d’une masse suspendue. Si une force est appliquée à la masse, elle oscillera d’un côté à l’autre en passant par sa position d’équilibre et décrira donc un mouvement oscillatoire.

De plus, en physique, dans le pendule simple, le frottement de la masse avec l'air est négligé, on suppose donc que le pendule oscille indéfiniment et que toutes les oscillations ont la même amplitude.

➤ Voir : Pendule simple (physique)

Caractéristiques du pendule simple

Le pendule simple est défini par les caractéristiques ou parties suivantes :

Longueur (ℓ) : est la longueur de la corde qui va du point fixe du pendule simple au centre de gravité de l'objet qui effectue le mouvement du pendule.
Oscillation : c'est l'arc parcouru par la masse entre les positions extrêmes du pendule simple plus son retour à sa position initiale.
Période (T) : est le temps nécessaire pour terminer une oscillation.
Fréquence (f) : est le nombre d'oscillations que fait le pendule simple par unité de temps.
Angle (θ) : est l'angle formé par la corde du pendule et la verticale.
Amplitude (Θ) : est l'angle formé par la verticale et la corde du pendule simple lorsqu'il est en position extrême.

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Formules simples du pendule

L’équation du mouvement oscillatoire d’un pendule simple est la suivante :

$\theta=\Theta\cdot\text{sin}(\omega\cdot t+\phi)$

Où:

$\theta$ est l'angle formé par la corde du pendule simple et la corde.
$\Theta$ est l'amplitude du pendule simple.
$\omega$ est la pulsation ou fréquence angulaire du pendule simple.
$t$ est l'instant auquel l'angle est calculé.
$\phi$ est la phase initiale du pendule simple.

D'autre part, la formule pour calculer la période d'un pendule simple avec des oscillations de faible amplitude est la suivante :

$\displaystyle T=2\pi\sqrt{\frac{\ell}{g}}$

Où:

$T$ est la période du pendule simple.
$\ell$ est la longueur de la corde du pendule simple.
$g$ est l'accélération de la gravité, dont la valeur sur Terre est de 9,81 m/s ² .

Types de pendules

Les types de pendules sont :

Pendule simple.
Pendule composé.
Pendule cycloïdale.
Pendule double.
Pendule de Foucault.
Pendule de torsion.
Pendule sphérique.

Ci-dessous vous pouvez voir en quoi consiste chaque type de pendule, à l'exception du pendule simple, dont le fonctionnement a déjà été expliqué en détail ci-dessus. De même, il convient de noter qu’il existe d’autres types de pendules, mais ils sont beaucoup moins utilisés.

Pendule composite

Le pendule composé , également appelé pendule physique , est tout corps rigide pouvant osciller librement autour d'un axe horizontal fixe, qui ne passe pas par son centre de masse.

Pendule cycloïdal

Le pendule cycloïdal est basé sur la courbe géométrique appelée cycloïde, qui est la courbe qui décrit un point sur un cercle lorsqu'il roule sur une ligne droite sans glisser.

Pendule double

Le pendule double est un système composé de deux pendules, de sorte qu'un deuxième pendule est suspendu à un autre pendule ayant une extrémité supérieure fixe. En général, c'est l'union de deux pendules simples.

Ce type de pendule a deux degrés de liberté, qui sont les angles que fait chaque pendule avec la verticale.

Pendule de Foucault

Le pendule de Foucault est un pendule qui peut osciller librement dans n'importe quel plan vertical. Ce type de pendule doit son nom au physicien français Léon Foucault, qui l'a inventé.

Par curiosité, ce type de pendule peut être utilisé pour démontrer la rotation de la Terre.

pendule de torsion

Le pendule de torsion est un type de pendule constitué d'un fil ou d'un fil suspendu verticalement avec son extrémité supérieure fixe et, d'autre part, d'un corps suspendu à son extrémité inférieure qui fait tourner le fil.

En général, un corps avec un moment d'inertie connu ou facilement calculé est suspendu à l'extrémité inférieure du pendule de torsion, comme un disque ou un cylindre. Ainsi, le disque ou cylindre effectue un mouvement de rotation oscillatoire dont l'axe est le filetage vertical.

pendule sphérique

Le pendule sphérique est un pendule qui peut osciller dans l'espace. Autrement dit, un pendule sphérique est comme un simple pendule mais au lieu de se balancer dans un seul plan, il peut se balancer dans l’espace.

Par exemple, le pendule de Foucault est un pendule sphérique, puisqu'il n'oscille pas seulement dans un plan comme le fait le pendule simple, mais oscille plutôt dans trois dimensions.