Principe de moindre action

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Description

Cette séance de cours introduit le principe de moindre action, qui minimise une fonction à travers les équations d'Euler-Lagrange. Il couvre les multiplicateurs de Lagrange, les coordonnées normales et le formalisme d'Euler-Lagrange. Le concept est illustré graphiquement et mathématiquement, soulignant l'importance du calcul variationnel et des symétries.

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Action (physique)

L’action est une grandeur fondamentale de la physique théorique, ayant la dimension d'une énergie multipliée par une durée, ou d'une quantité de mouvement multipliée par une distance. Elle est notée habituellement et plus rarement . Cette grandeur a été définie par Leibniz en 1690. Elle s'est avérée d'une grande importance lors de la mise en évidence du principe de moindre action par Maupertuis en 1744, et plus tard lors de la découverte par Planck en 1900 de la constante universelle qui porte son nom, nommée par lui « quantum élémentaire d'action ».

Principe de moindre action

Le principe de moindre action est le principe physique selon lequel la dynamique d'une quantité physique (la position, la vitesse et l'accélération d'une particule, ou les valeurs d'un champ en tout point de l'espace, et leurs variations) peut se déduire à partir d'une unique grandeur appelée action en supposant que les valeurs dynamiques permettent à l'action d'avoir une valeur optimale entre deux instants donnés (la valeur est minimale quand les deux instants sont assez proches).

Équations de Lagrange

vignette|Joseph-Louis Lagrange Les équations de Lagrange, découvertes en 1788 par le mathématicien Joseph-Louis Lagrange, sont une reformulation de la mécanique classique. Il s'agit d'une reformulation de l'équation de Newton, qui ne fait pas intervenir les forces de réaction. Pour cela, on exprime les contraintes que subit la particule étudiée sous la forme d'équations du type : Il n'y a qu'une équation si le mouvement est contraint à une surface, deux s'il est contraint à une courbe.

Hamilton's principle

In physics, Hamilton's principle is William Rowan Hamilton's formulation of the principle of stationary action. It states that the dynamics of a physical system are determined by a variational problem for a functional based on a single function, the Lagrangian, which may contain all physical information concerning the system and the forces acting on it. The variational problem is equivalent to and allows for the derivation of the differential equations of motion of the physical system.

Maupertuis's principle

In classical mechanics, Maupertuis's principle (named after Pierre Louis Maupertuis) states that the path followed by a physical system is the one of least length (with a suitable interpretation of path and length). It is a special case of the more generally stated principle of least action. Using the calculus of variations, it results in an integral equation formulation of the equations of motion for the system. Maupertuis's principle states that the true path of a system described by generalized coordinates between two specified states and is a stationary point (i.