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 = W12(P) + W12 (F) Or l’énergie cinétique de la voiture n’a pas varié dans le déplacement considéré : W12 (F) = Ep2 – Ep1 = - W12(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 ? A9*Page 1/2 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. A9*Page 2/2