Travail et énergie.

Travail
mécanique,
énergie
Plan
I. Introduction
II.Observations
III.Travail mécanique (F constante)
Travail mécanique (F varie)
IV.Energie cinétique
V.Energie potentielle
VI.Lien entre travail et énergie potentielle
VII.Forces non conservatives
VIII.Fonction énergie potentielle
IX.Conservation de l'énergie mécanique
I introduction courte
●
L'énergie n'est pas un vecteur
●
Utiliser l'énergie est donc plus facile
●
Pour pouvoir utiliser cet outil puissant,
il faut :
Connaître les différentes formes
d'énergie
Savoir les manipuler
II Observations
●
Le lancer du poids
●
Le lance pierre
III Le travail mécanique
d'une force
●
Cas où la force est constante sur le
trajet DA

WD A ( F )  F . DA
produit
scalaire



WD A ( F )  F . DA cos( F , DA)
III Le travail mécanique
d'une force
●
Cas où la force n'est pas constante sur
le trajet DA, on somme des travaux
élémentaires

 
W ( F )  F .dl
A

 
WD  A ( F )   F .dl
D
Exemple de la force d'un ressort :
exercice
IV Energie cinétique
●
Le travail des forces extérieures est
égal à la variation d’énergie cinétique

WD A ( F )   D A ( Ec)
V Energie potentielle
●
●
●
Oz
L'énergie potentielle de pesanteur
correspond à la possibilité de tomber.
Le poids, est la force liée à l'énergie de
pesanteur, il est dirigé dans le sens où
l'énergie décroît.
« La force descend les potentiels »
E pp= mgz
VI Lien entre travail d'une
force et énergie potentielle
●
La variation d'énergie potentielle sur le
trajet D -> A est égale à l'opposé du
travail de la force.

WD A ( F )   D A ( EP )
●
Cas du poids
●
Cas du ressort
VII Forces non
conservatives
●
●
●
Certaines forces ne peuvent pas définir une
énergie potentielle : les forces de
frottements principalement.
Explication : les forces de frottemnents ont
un travail qui dépend du chemin suivi, les
forces conservatives (poids ressort) ont un
travail qui dépend uniquement des points
de départ et d'arrivée.
La force de frottement dans un fluide a un
travail toujours négatif.
VIII Fonction énergie
potentielle
●
●
La fonction n'est connue que par ses
variations, donc « à une constante près ».
Si on choisit une origine (pratique), un point
où Ep = 0, la fonction Ep(x) est définie.
●
Visualisation de Ep (x) ressort
●
Cas d'un déplacement D->A
Energie potentielle d’un mobile lié à un
ressort de raideur 2N.m-1
Ep(J)
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
x(m)
IX Conservation de
l'énergie mécanique
●
●
●
La conservation de l'énergie d'un
système isolé, fermé, est un principe
de base de la physique.
Les systèmes mécaniques qui satisfont
ce principe sont dits conservatifs.
Em =Ec + Ep constante dans le temps
Deux formes d'énergies
Ec et Ep s'échangent sans pertes.
Visualisation énergétique de la
conservation de l’énergie
Ep(J) Em
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
x(m)
Applications
●
●
Mouvement de type trampoline
Transferts d’énergie au cours de la
montée, de la descente.