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Oscillations et ondes

Le pendule simple

Mesurez l'accélération de la pesanteur avec un pendule simple aux petits angles : suivez la période T en fonction de la longueur l et vérifiez T≈2πl/gT \approx 2\pi\sqrt{l/g}, d'où g=4π2l/T2g = 4\pi^2 l/T^2.

Lycée

Matériel

  • Pendule simple virtuel avec petite masse et fil léger inextensible
  • Curseur de longueur l (20–200 cm)
  • Curseurs d'angle initial et de valeur de g
  • Graphe T² en fonction de l et affichage de la période

Protocole

  1. Mesurer la période à différentes longueurs

    Gardez l'angle initial petit, déplacez l sur 4–5 valeurs et lisez T à chaque point. En portant T2T^2 en fonction de l, on obtient une droite de pente 4π2/g4\pi^2/g, conforme à T≈2πl/gT \approx 2\pi\sqrt{l/g}.

  2. Tester la condition des petits angles

    Fixez l et augmentez l'angle initial depuis ~5° : la période dépasse légèrement la prédiction 2πl/g2\pi\sqrt{l/g}, car sin⁡θ≈θ\sin\theta \approx \theta ne vaut qu'aux petits angles. Notez l'écart pour voir la limite de l'approximation.

  3. Déduire et modifier g

    À partir d'un couple (l, T) mesuré, calculez g=4π2l/T2g = 4\pi^2 l/T^2 et comparez à la valeur du curseur g. Modifiez ensuite g (par ex. une autre planète) : la période doit varier en T∝1/gT \propto 1/\sqrt{g} — diviser g par deux multiplie T par 2\sqrt{2} ; prédisez avant de vérifier.

Simulation

Histoire de l’expérience

Galileo Galilei remarqua qu'un lustre oscillant dans la cathédrale de Pise gardait une période quasi indépendante de l'amplitude — l'isochronisme du pendule (v. 1581–1602). Il nota aussi que la période ne dépend que de la longueur du fil ; dans les Discorsi (1638) il écrivit que la période varie comme la racine carrée de la longueur. En 1656, Christiaan Huygens construisit la première horloge à pendule pratique et, dans l'Horologium Oscillatorium (1673), établit géométriquement T=2πl/gT = 2\pi\sqrt{l/g}. La méthode du pendule resta deux siècles durant la mesure la plus précise de g — le pendule réversible de Kater (1818) atteignit six chiffres significatifs.

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