W = F d
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Chapitre 1 section 6 Les transformations de l’énergie STE-SE Concept 6.1 La relation entre le travail, la force et le déplacement W = Fd W F d W = travail en joule (J) F = force en newton (N) d = distance en mètre (m) DONC, 1 Joule = 1 Newton x 1 mètre Exemple : 1 Joule = 102 g soulevé de 1 mètre 3 conditions pour effectuer un travail 1- l’objet doit pouvoir être déplacé 2- si l’objet se déplace, une force doit être appliquée pour le déplacer 3- le déplacement de l’objet doit être dans le même sens que la force appliquée STE-SE Concept 6.1 et 6.2 (suite) La force efficace et le travail Si la force appliquée n’est pas parallèle, il faut cette formule : cos Feff = Feff cos F F Feff = F cos = 50 N = 37o Dans ce dessin, la force efficace sera : Feff = F cos o =?N = 50 N x cos (37 ) = 50 N x 0.7986355 Feff = 39.93 N Si cette force efficace est faite sur 500 m, quel est le travail (W) effectué ? Weff = Feff d = 39.93 Newtons x 500 mètres = 19965 Joules STE-SE Concept 6.2 La relation entre le travail et l’énergie W = E W = travail en joule E = variation d’énergie en joule STE-ATS Concept 6.3 La relation entre la masse et le poids La masse (m en kg) correspond à la quantité de la matière et est indépendante de la gravité. (masse molaire du tableau périodique) w = Fg = m x g minuscule Le poids (w ou Fg= force gravitationnelle) en newton. La masse (m) en kg La gravité (g) en N/kg et 9,8 N/kg sur la Terre w Fg m g ou d Le poids est la force gravitationnelle qui s’exerce sur un corps Un objet de 10 kg sur terre aura la même masse de 10 kg dans l’espace ou sur la lune. 6.2 Quelle variation d’énergie aura une boîte de 102 g si on la soulève de 1 mètre. (102 g = 1 Newton) On cherche E. On va calculer W pour trouver E . W = F d F = 102 g = 1 N D = 1 mètre W = 1N . 1 m = 1 N.m = 1 Joule E = 1 joule 6.3 Une personne a une masse de 80 kg. Quels seraient sa masse et son poids sur la terre et sur la lune (1/6 gravité de la terre) ? La gravité de la terre est de 9.8 N/kg. Rép. : Sa masse est de 80 kg sur Terre et sur la lune. Rép. : Le poids sur terre w = fg = mg fg = 80 kg x 9,8 N = 784 N kg Rép. : Le poids sur la lune g = 1/6 de la terre = 784 x 1/6 = 130.66 N STE-SE Concept 6.4 La relation entre l’énergie cinétique, la masse et la vitesse Ek = 1 2 Ek = énergie cinétique en Joule (J) mv 2 2Ek 2 m v m = masse en kilogramme (kg) v = vitesse en mètre par seconde (m/s) Donc 1 J = 1 kg m2 2s2 Quelle est l’énergie cinétique d’une boule de billard de 0,5 kg qui se déplace à 2 m/s et à 4 m/s ? À 2 m/s : Ek = 1/2 mv2 = 1/2 x 0,5 kg x (2 m/s)2 = 1/2 x 0,5 kg x 4 m2/s2 = 1 kg m2 s2 Ek = 1 J À 4 m/s : Ek = 1/2 mv2 = 1/2 x 0,5 kg x (4 m/s)2 = 1/2 x 0,5 kg x 16 m2/s2 = 4 kg m2 s2 Ek = 4 J STE-SE Concept 6.5 La relation entre l’énergie potentielle, la masse, l’accélération et le déplacement L’énergie potentielle est une énergie en réserve Ep = m g h Ep = énergie potentielle gravitationnelle en joule (J) m = masse en kilogramme (kg) Ep m g h g = gravité en Newton/kilogramme (N/kg) h = hauteur de l’objet en mètre (m) Donc Ep = kg . N . m kg 1 j = 1 N.m = N.m = J Quelle est l’énergie d’un objet de 100 kg monté à 10 m ? Ep = m g h Ep = 100 kg x 9,8 N x 10 m Ep = 9800 N m kg Ep = 9800 J Quelle est la masse d’un objet si son énergie potentielle est de 19600 J et qu’il se trouve à 10 m de hauteur ? m = Ep = 19600 J g h 9,8 N 10 m kg m = 200 kg = 200 kg ST-STE-ATS Concept 6.6 La loi de la conservation de l’énergie L’énergie peut seulement être transformée en une autre énergie, sans perte si le système est isolé. Ep = 100 J Un objet haut a de l’énergie potentielle Un objet rapide a de l’énergie cinétique Em = Ep + Ek Au milieu Ek = Ep = 50 J Ek = 100 J Em = énergie mécanique en (J) Ep = énergie potentielle en (J) Ek = énergie cinétique en (J) ST-STE-ATS Concept 6.7 Le rendement énergétique Le rendement énergétique d’un système est le pourcentage de l’énergie qui a été transformé en énergie utile. Rendement énergétique = Quantité d’énergie utile (J) X 100 Quantité d’énergie consommée (J) Une ampoule électrique Un néon = 5 % lumière, 95% chaleur Rendement 5% = 20% lumière, 80% chaleur Rendement 20% Une cuisinière a donné 2000 J à une casserole pour faire bouillir de l’eau. Si l’eau a seulement absorbé 500 J, quel est le rendement énergétique ? Rendement énergétique = Quantité d’énergie utile (J) X 100 Quantité d’énergie consommée (J) R.é. = 500 J X 100 2000 J = 25 % ST-STE-ATS Concept 6.8 entre chaleur et température La distinction Température = mesure du degré d’agitation des atomes et molécules Chaleur = transfert d’énergie thermique entre deux systèmes Énergie thermique = masse de la substance x degré d’agitation STE-SE Concept 6.9 La relation entre l’énergie thermique, la capacité thermique massique, la masse et la variation de température Qchaleur = m c T Qchaleur mc T Q = quantité de chaleur en joule (J) m = masse en gramme (g) T = variation de température en Celsius (oC) Joule c = capacité thermique massique en = Gramme Celsius (chaleur massique) J g. oC . c = c’est la quantité de chaleur pour augmenter de 1 degré Celsius, 1 gramme d’une substance c de l’eau = 4.18 J g. oC Combien d’énergie pour chauffer 100 g d’eau de 20 oC à 100 o C. . Q = m x = 100 g c x x = 33440 J T 4.18 J g. oC . x 80 oC .
