Chapitre 8 : Énergie mécanique d`un système

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Chapitre 8 : Énergie mécanique d’un système
I. Energie cinétique d’un solide en translation
1. Expression
a) Introduction :
L’énergie cinétique d’un solide est liée à sa .........................
Cette énergie dépend de la ....................... et de la ................. du solide.
1
b) Expression : Pour un solide en translation, E K  m.v 2 .
2
Unités : m exprimée en ........
v exprimée en .......
EK exprimée en .......
c) Remarque : La valeur de EK dépend du ......................... dans lequel on la calcule.
d) Application (p. 100)
2. Effet d’une force sur l’énergie cinétique d’un solide en translation
a) Force parllèle à la vitesse du solide :
Conclusion : ..........................................................................................................................................
b) Force perpendiculaire à la vitesse du solide :
Conclusion : ..........................................................................................................................................
c) Force quelconque : Pour étudier son effet, on décompose cette force en ............. composantes,
l’une ............................ et l’autre .................................... au vecteur v .
II. Energie potentielle de pesanteur
1. Expression
a) Introduction :
Energie potentielle: énergie susceptible d’être transférée lors d’un changement de position d’un objet
Energie de pesanteur : énergie liée au poids de l’objet.
Energie potentielle de pesanteur : .......................................... du système déformable {Terre-objet}.
b) Expression : Pour un système déformable {Terre-objet} : EP = m.g.zG
zG : ........................................................
Unités : m exprimée en ........
g exprimée en .......
→ EP exprimée en ..........
zG exprimée en .......
c) Remarque: La valeur de EP dépend du choix de .................. sur l’axe .................... ascendant mesurant z
2. Applications : - Ex 3 (p. 107)
- Ex 10 (p.107)
III. Energie mécanique
1. Par définition : L’énergie mécanique d’un système, à chaque instant :
EM = EK + EP
2. Pour un système {Terre-solide}dans le réferentiel terrestre :
Exemple : voir doc.13 (p. 104)
Application : Ex 4 (p. 107)
EM = EK(solide) + EP(système).
3. Pour un solide en translation dans le référentiel terrestre :
EM =
1
m.v 2  m.g .z
2
Applications : - Ex 12 (p. 108)
- Ex 15 (p. 108)
4. Conservation de l’énergie mécanique d’un système lors d’une chute libre
Applications : a) Une bille de masse m = 10 g tombe en chute libre d’une hauteur h = 45 m.
Calculer l’énergie mécanique du système {Terre-bille} aux dates t1 = 1 s, t2 = 2 s et t3 = 3 s.
On prendra g = 10 N.kg -1.
b) Ex 16 (p. 108)
IV. Bilan énergétique d’un système mécanique
1. Energie (ou énergie totale) d’un système :
E = EM + Umic
EM : énergie mécanique
Umic : énergie microscopique (néi n¨ng)
2. Système isolé
a) Définition : système qui n’est soumis à aucune action extérieure (ou pas de transfert d’énergie avec le
milieu extérieur).
b) Pour un système isolé dans lequel il n’y a ni frottements, ni réactions chimiques :
- l’énergie mécanique est constante : EM = EK + EP = Cte → ∆EK = - ∆EP;
- l’énergie microscopique est constante.
c) Pour un système isolé dans lequel il y a frottements ou réactions chimiques : ∆EM = - ∆Umic
- la variation de l’énergie ...................... est égale à l’opposé de la ..................... de l’............................
3. Système non isolé
S’il n’y a ni frottements, ni réactions chimiques (∆Umic = 0) → ∆E = ∆EM = W (travail fourni)
4. Travail d’une force F constante, dont le point d’application se déplace d’une distance d :
a) Expression :
W = F.d.cos α
F
; unité : ................
α
d
b) Cas particuliers :
 α = 0 (déplacement et force même sens)
 α = 180° (déplacement et force de sens opposés)
 α = 90° (déplacement et force perpendiculaires)
: W = + F.d : travail moteur ;
: W = - F.d : travail résistant ;
: W = 0
.
V. Applications
1. Ex 4 (p. 118)
2. Ex 6 (p. 119)
3. Ex 7 (p. 119)
4. Ex 12 (p. 119)
5. Ex 14 (p. 119)
6. Ex 25 (p. 121)
À retenir
Energie cinétique d’un solide. Cas de solide en translation.
Energie potentielle d’un système déformable. Energie potentielle de pesanteur.
Energie mécanique d’un système.
Energie totale d’un système.
Energie d’un système isolé :
- Cas où il n’y a ni frottements, ni réactions chimiques.
- Cas où il y a frottements ou réactions chimiques.
Energie d’un système non isolé.
Travail d’une force constante.