Exprimer l'énergie cinétique.

Durée : 5 mn

Note maximale : 5

Question

Un point matériel de masse \(m\) est libre de se déplacer sur une sphère de centre \(O\) et de rayon \(R\). Il est animé d'une vitesse \(\vec{v}\).

Exprimez l'énergie cinétique \(T\) en fonction de son moment cinétique \(\vec{L}\)

par rapport à \(O\) et de son moment d'inertie \(I\) par rapport à \(O\).

Solution

Le moment cinétique \(\vec{L}\) par rapport à \(O\) du point matériel s'écrit :

\(\vec{L}=m\vec{R}\wedge\vec{v}\)

(1 point)

Comme \(\vec{R}.\vec{v}=0\), on a \(\vec{L}=mRv\vec{u}\)\(\vec{u}.\vec{u_r}=0\) et \(L^2=(mRv)^2\)

(1 point)

L'énergie cinétique s'écrit : \(\displaystyle{T=m\frac{\vec{v}^2}{2}}\)

(1 point)

En fonction de \(\vec{L}\) on a donc :

\(\displaystyle{T=\frac{\vec{L}^2}{(2mR^2)}}\) ou \(\displaystyle{T=\frac{\vec{L}^2}{(2I)}}\)

\(I\) étant le moment d'inertie du point matériel par rapport à \(O\).

(2 points)