L`énergie potentielle de pesanteur

Thème 3 : L’énergie et ses transferts / CHAP4
L'énergie cinétique
 L'énergie cinétique est l'énergie que possède tout
corps en mouvement.
 Lors d'un accident pour une
même vitesse, les dégâts
occasionnés par un camion
sont plus important que pour
une voiture:
l'énergie cinétique dépend de la masse du corps.
 Lors d'un "crash test", les dégâts
occasionnés sont plus importants lorsque
la vitesse croit:
l'énergie cinétique dépend de la vitesse du corps.
Un solide de masse m, animé d'un
mouvement de translation de vitesse V,
possède une énergie, appelée énergie
cinétique:
1
2
Ec 
2
mV
Ec(J) ; m(kg) ; V(m.s-1)
comment convertir des km.h-1 en m.s-1 et inversement ??
1
km.h-1
1m
1
1km 1000m



=
m.s-1
1h
3600
s 3,6s 3,6
,
V (km.h-1) / 3,6 = V (m.s-1)
V (m.s-1) x 3,6 = V (km.h-1)
Calcul de l'énergie cinétique d'un camion de 50 t
roulant à 100 km.h-1
1
100 2
1
3
2
) 
Ec  mV   50.10  (
2
3,6
2
Ec = 2.107 J
Quelle serait la vitesse d'une voiture de 1000 kg
ayant cette énergie cinétique?
V
2Ec

m
2  2.10 7
-1
200
m.s

3
10
V = 720 km.h-1
L'énergie potentielle de pesanteur
 Comparons de la neige tombée au sommet d'une montagne à
la neige tombée en plaine.
 Quel est l'effet du poids de la neige?
Le poids de la neige a pour effet :
- dans la plaine, de tasser la neige
- dans la montagne,
d’entraîner la neige vers le bas
et de créer une avalanche
dévastatrice.
 La neige au sommet de la montagne possède de l'énergie en
réserve que n'a pas la neige en plaine; cette énergie est libérée
au moment de l'avalanche.
 Cette énergie dépend
- du poids de la neige qui tombe
- de la hauteur de chute.
 Un objet de masse m, à l'altitude z
possède une énergie, l'énergie potentielle
de pesanteur:
Ep  m  g  z
Ep(J) ; m(kg) ; z(m)
 L'énergie potentielle de pesanteur dépend de l'état de
référence:
Une pierre se trouve 20 m au dessus d’un
puits de profondeur 10 m
→ son énergie potentielle est : Ep = mgz
avec z = 20 m origine niveau du sol
avec z = 30 m origine au fond du puits
L’énergie mécanique
 Un objet en mouvement, à l'altitude z
possède une énergie mécanique:
Em = Ep + Ec
Em(J) ; Ep(J) ; Ec(J)
Une balle de tennis de masse 58,0 g est frappée au
service par un joueur ; cette balle part de 2,50 m au
dessus du sol avec une vitesse de 180 km.h-1
Em  E c  Ep
Em
1
  m  V2  m  g  z
2
1
180 2
  0,058  (
)  0,058  9,8  2,5  74 J
2
3,6
Conservation de l'énergie mécanique
EC
Ep
Em
 Au cours du mouvement d’un objet, son énergie
potentielle de pesanteur est convertie en énergie
cinétique et inversement.
 Si on néglige les frottements au cours
du mouvement, les variations d’énergies
potentielle et cinétique se compensent:
 L'énergie mécanique se conserve
EC
Ep
Em
 Dans le cas ou l’objet, au cours de son mouvement
est soumis à des frottements:
→ l’énergie mécanique ne se conserve pas
 L’énergie mécanique perdue se transforme en
énergie thermique, en chaleur.
Un wagonnet d'une attraction
foraine de type montagne russe
voit son énergie potentielle
augmenter au détriment de son
énergie cinétique lors d'une
montée; le contraire se produit au
cours d'une descente.
Le wagonnet est laché sans vitesse initiale en A
 Energie mécanique en A
E mA  m  g  Z A
 Que peut-on dire des énergies
mécaniques en B, C et D si on néglige
les frottements
E mA  E mB  E mC  E mD
 Calculer la vitesse du wagonnet en B
m  g  Z A  m  g  ZB 
EmA  EmB
1
 m  VB2
2
1
g  Z A  g  Z B   VB2
2
VB  2  g  (Z A  ZB )  2  10  9  13 m.s-1 =
47 km.h-1
VB  2  g  (Z A  ZB )
 Calculer les vitesses du wagonnet
en C et D
VC  2  g  (Z A  Z C )  2  10  12  15 m.s-1 =
54 km.h-1
-1 =
8,9
m.s
VD  2  g  (Z A  ZD )  2  10  4 
32km.h-1