Activité 9 : Travail du poids et énergie potentielle de pesanteur

Activité 9 : un travail produit-il toujours de l’énergie cinétique ?
Objectifs d’apprentissage
Introduire la notion d’énergie potentielle de pesanteur, liée à l’existence d’une interaction
entre le solide et la Terre.
Etudier la transformation réciproque des énergies cinétique et potentielle de pesanteur pour un
solide.
L’énergie de la voiture varie-t-elle ?
Quelles forces la voiture subit-elle
pendant le passage de la position 1 à
la position 2 ?
Un travail a-t-il été fourni à
l’occasion de ce déplacement ?
Quelle force l’a fourni ?
A-t-il produit une variation de
l’énergie cinétique de la voiture ?
Pourtant, si le câble casse, les
déformations produites seront plus
importantes dans une situation que
dans l’autre….le système possède-til la même quantité d’énergie dans
les deux situations ?
Lors du passage de la première position à la deuxième, le système a acquis une quantité
d’énergie liée à l’existence de l’interaction de gravitation entre la voiture et la Terre et au
changement de position relative de ces deux parties.
On l’appelle énergie potentielle de pesanteur de la voiture, en interaction avec la Terre.
Comment calculer sa valeur ?
L’énergie cinétique du système n’ayant pas varié au cours du déplacement, le travail de la
tension du câble (F) a servi à accroître son énergie potentielle de pesanteur.
On reprend la généralisation écrite à la fin du TP4 : Ec2 – Ec1 = W12(P) + W12 (F)
Or l’énergie cinétique de la voiture n’a pas varié dans le déplacement considéré :
W12 (F) = Ep2 – Ep1 = - W12(P) = - m*g (z1 – z2)
D’où on déduit l’expression de Ep : Ep = m*g*z
Cette expression n’est en fait définie qu’à une constante près.
Remarquer que la valeur de Ep dépend de l’origine choisie pour évaluer les altitudes. Par
contre, sa variation entre deux positions est définie de façon absolue.
Peut-on transformer une énergie cinétique en énergie potentielle de pesanteur ?
Et inversement…
Comment évoluent dans le temps l’énergie cinétique et l’énergie potentielle de pesanteur de
chaque skieur ?
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Si on suppose qu’il n’existe aucun frottement avec la neige, y-a-t-il compensation entre les
deux variations observées ?
Pour répondre, on va d’abord examiner les cas
étudiés (TP4) de chute libre.
Reprendre les fichiers de mesures réalisés à cette
occasion, représenter graphiquement les deux
énergies en fonction du temps, conclure.
Si on n’utilise pas de logiciel, on peut reprendre
le résultat quantitatif obtenu à la fin du TP 4 :
v2² - v1² = 2*g*( z1 – z2)
et le modifier jusqu’à obtention du résultat :
Ec2 – Ec1 = Ep1 – Ep2
Si aucun frottement n’existe avec la neige, la poussée de la piste sur le skieur ne travaille pas,
le résultat établi reste donc inchangé.
Energie mécanique
Quelle est la nature de la grandeur Ec + Ep ? Quelle propriété vérifie-t-elle dans les cas
étudiés ?
Cette grandeur regroupe les paramètres mécaniques du système : vitesse, position. Elle est
une caractéristique de celui-ci. On l’appelle énergie mécanique du système. Pour les
systèmes étudiés, elle est constante pendant leur évolution.
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