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Les forces conservatives
Les connaissances nécessaires
- Propriétés des forces conservatives
- Energies cinétique et potentielle
Les objectifs
- Établir le graphe d'énergie potentielle magnétique d'un aimant dans le champ d'un autre aimant.
- En déduire la valeur d'une force conservative.
- Vérifier la condition d'équilibre d'un corps soumis à deux forces conservatives
L'expérience
Le dispositif
Un aimant permanent, puissant, est placé à une extrémité du rail.
Le chariot mobile est également muni d'un aimant, disposé de façon à ressentir une répulsion de la part du gros aimant.
La cellule photoélectrique permet de mesurer le temps de passage de la languette qui surmonte le chariot et, de là, la vitesse et l'énergie cinétique du chariot.
Le ressort accroché à la potence sert à évaluer la force de répulsion entre les 2 aimants.
Les mesures
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Evaluation d'une force conservative à partir du diagramme d'énergie
potentielle :
- Le chariot est maintenu au repos près de l'aimant et lâché brusquement. A une certaine distance de l'aimant (ex: 60cm), on peut considérer que l'énergie potentielle initiale d'interaction s'est convertie entièrement en énergie cinétique. Celle-ci est mesurée.
- L'étudiant peut ainsi établir un graphe de l'énergie potentielle en fonction de la distance initiale entre les 2 aimants. Il déduit ensuite la force de répulsion à différentes distances de l'aimant en mesurant sur le graphe la dérivée de l'énergie potentielle.
- Ces mesures de force sont vérifiées en évaluant la force de rappel du ressort qui compense exactement la force de répulsion des aimants.
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Vérification de la condition d'équilibre stable :
- En inclinant le rail, l'étudiant introduit une variation d'énergie potentielle de pesanteur qu'il évalue et "ajoute" au graphe de l'énergie potentielle magnétique.
- La courbe d'énergie potentielle totale présente alors un minimum qui correspond à l'équilibre stable vérifiable expérimentalement.
