« Mécanique, enseignée via l'Histoire des Sciences/Plan de phase » : différence entre les versions

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{{Ébauche}}
ébauche
 
il faut que je rapatrie non le fond , mais la forme !
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=== S(E) et la mécanique quantique ===
* En mécanique quantique, on montre qu'aucune orbite de l'espace des phases ne peut se réduire à un point. Il y a une surface minimale, disons So =1/2 . h , h étant la constante de Planck. De ce fait, il y aura toujours une énergie minimale à ce niveau fondamental Eo ; ensuite il est habituel de graduer les aires de niveau S par nombre entier de h : S(n) = So + n.h. AÀ la limite des grandes valeurs de n , on aura donc dE/dn = h/T(E) , ce qui est une des règles de correspondance entre mécanique classique et mécanique quantique.En particulier, on peut retenir, pour un oscillateur harmonique :
 
E(n) = (n+1/2) \hbar \cdot _omega_0
 
* Une autre raison de connaître n(E)= S(E)/h -So/h est que cela servira pour mémoriser facilement toutes les formules d'effet tunnel qui sont si importantes dans les applications (transistor , Microscope à effet tunnel , EcransÉcrans plats de télévision à émission de champ, etc.).
 
== Puits de Potentiel ==
Soit une courbe plane, située dans un plan vertical, en forme de cuvette. Un point matériel, de masse m, s'y meut, en glissant sans frottement. La conservation de l'énergie (c'est à dire le Principe de Torricelli, ici) donne, en prenant l'abscisse curviligne s(t) comme inconnue, l'équation du mouvement de ce point :
 
<math>\dot{s^2} + 2g h(s) = 2E/m := 2gH</math>
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Soit l'origine O, au fond de la cuvette, sans restriction de généralité. Soit A le point d'abscisse s = a telle que h(A)= H.
 
Le mouvement se décrit qualitativement fort bien : la vitesse, maximale en O, ne cesse de décroître jusqu'à l'arrivée en A , au temps t1. Puis la particule rétrograde selon le même mouvement, et arrive en O, avec la vitesse opposée. Elle décrit alors l'autre bord de la cuvette,symétriquement, jusqu'au point symétrique A' et revient : le mouvement est périodique de période T = 4 t1. La méthode du diagramme horaire s'applique bien à ce cas qui peut donc s'expliquer et s'expérimenter sans de hautes mathématiques; ensuite, on peut ainsi tracer T(H).
=== Exemple: la cycloïde de Huygens (1659) ===
Huygens a trouvé quelle devait être la forme de la courbe pour que les oscillations soient isochrones : il fallait une cuvette qui se relevât plus vite que le cercle osculateur en O, de rayon R = 4a; il trouva que la cycloïde convenait. Alors <math>T(H) = cste = T_o = 2\pi \sqrt {R/g}</math>.
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d²x/dt² = g(x) - f(dx/dt) ou v.dv/dx = g(x) -f(v).
AÀ supposer qu'il existe une orbite fermée, il apparaît que somme sur l'orbite de -f(v) doit être nulle : cela donne un critère très puissant, puisque par ailleurs les orbites ne peuvent se couper.
 
Si de plus g(x) = -x , v ne change pas le long de la courbe (dite de Liénard (L)) x + f(v)=0 qu'il est donc intéressant de tracer (les tangentes à l'orbite y sont horizontales); mais on peut dire plus : à droite de la courbe, v² diminue, et on peut donner la règle qui mène de M au point M' voisin et donc avoir une intuition assez précise de la forme de la courbe. Montrer que cette règle est la suivante: du point M tracer l'horizontale qui coupe (L) en L (point de Liénard); soit l'abscisse H du point L : alors MM' est perpendiculaire en M à HM. On trace ainsi rapidement au compas les petits arcs tangents à la courbe.