Energie cinétique, énergie potentielle de pesanteur, énergie mécanique

T.P. Ec Epp Em - plongeon 3m - 2023

logiciels utilisés:

Vidéo utilisée:

Thème: Organisation et transformations de la matière

Compétences travaillées:

  • D1.3: créer, modifier une feuille de calcul, insérer une formule
  • D1.3:  créer un graphique à partir des données d'une feuille de calcul
  • D2: Utiliser des outils d'acquisition et de traitement de données
  • D4: interpréter des résultats expérimentaux

I. Energie cinétique

1. Notion d'énergie cinétique

L'énergie cinétique est l'énergie liée au mouvement d'un corps, elle dépend à la fois de sa vitesse et de sa masse.

Étant donné que la vitesse d'un objet dépend du référentiel choisi, c'est aussi le cas de l'énergie cinétique.

L'énergie cinétique se note et s'exprime en Joule ( J ).

2. Solide en translation

C'est un solide dont le mouvement ne comporte pas de rotation: à un instant donné chacun de ses points se déplacent dans la même direction, le même sens et à la même vitesse.

3.Expression de l'énergie cinétique d'un solide en translation

Si un solide de masse m se déplace à une vitesse v en suivant un mouvement de translation alors son énergie cinétique EC  est donnée par la relation:

EC = 1/2. m . v2

EC en Joule (J) ; m en kilogramme (kg) ; v en mètre par seconde (m.s-1)

II. Energie potentielle de pesanteur

1. Notion d'énergie potentielle de pesanteur

Il s'agit de l'énergie liée au poids d'un corps. Elle dépend de la masse du corps et de son altitude.

Elle se note Epp et s'exprime en Joule comme toutes les autres énergies.

2. Expression de l'énergie potentielle de pesanteur

Si un corps de masse m est situé à une altitude h , alors son énergie potentielle de pesanteur Epp peut être calculée en utilisant la relation suivante:

Epp=m.g.h

où est Epp en joule ( J ), m  est en kilogramme ( kg ), l'intensité de la pesanteur g est en N.kg-1 et h est en mètre ( m )

Remarque: L'altitude h  est exprimée par rapport à un repère qui doit être choisi avant de calculer l'énergie potentielle. Cependant le repère le plus fréquent est celui associé au sol.

III. Energie mécanique

1. Définition de l'énergie mécanique

L'énergie mécanique, notée Em,  est définie comme étant la somme de l'énergie cinétique EC d'un corps et de son énergie potentielle Epp de pesanteur:

Em = EC  + Epp

2. Expression de l'énergie mécanique

Si un corps à une masse m, une vitesse v dans le référentiel choisi et une altitude h par rapport à un repère fixé alors:

Em = EC + Epp = 1/2.m.v2+ m.g.h

avec Em en Joule ( J ), m en kilogramme ( kg ), v en mètre par seconde ( m.s-1), g en newton par kilogramme ( N.kg-1) et h en mètre ( m )

IV. Conservation de l'énergie mécanique

Lorsqu'un objet n'est soumis à aucune action qui dissipe de l'énergie vers le milieu extérieur ( comme les forces de frottement sur un solide ou dans un fluide ) alors son énergie mécanique se conserve:

Em = constante.

Cette conservation implique que toute variation d'énergie cinétique est compensée par une variation d'énergie potentielle de pesanteur et réciproquement.

Cela signifie aussi que si à un instant t1 un objet possède une vitesse v1 et une altitude h1 et qu'à un instant t2 sa vitesse est v2 et son altitude h2 alors il existe la relation suivante:

EC1 + Epp1 = Ec2 + Epp2   1/2.m.v12+ m.g.h1 = 1/2.m.v22+ m.g.h2

Remarques :

  • Si l'objet monte, l'énergie cinétique est convertie en énergie potentielle de pesanteur.
  • Si l'objet descend, l'énergie potentielle de pesanteur est convertie en énergie cinétique.

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