ÉNERGÉTIQUE : ÉNERGIE MÉCANIQUE

Bac Pro date :
Ph. Georges Sciences 1/2
ÉNERGÉTIQUE : ÉNERGIE MÉCANIQUE
L'énergie est la capacité d'un système à produire un travail
i
.
L'énergie existe sous de multiples formes, notamment mécanique, thermique, chimique, électrique,
rayonnante et nucléaire.
L'énergie peut passer d'une forme à une autre, ou se décomposer en plusieurs formes, mais l'énergie
totale du système demeure constante. Mis en évidence par les physiciens du début du XIXe siècle, ce
principe de la conservation de l'énergie est l'une des bases de la mécanique et de la thermodynamique.
En mécanique, la matière peut posséder à la fois de l'énergie cinétique, lorsqu'elle est en mouvement,
et de l'énergie potentielle, que lui vaut à tout moment sa position dans un champ de force. Dans de tels
systèmes mécaniques, les changements d'énergie cinétique et d'énergie potentielle s'équilibrent, de
façon à ce que leur somme reste toujours la même.
I- Énergie cinétique d'un solide en translation
L'énergie cinétique EC est proportionnelle à la masse m du solide et au carré de la vitesse v acquise.
EC =
Error!
m v 2 Ec en J (joules) ; m en kg ; v en m.s – 1
Exemple: L'énergie cinétique d'un véhicule de masse 800 kg lancé à la vitesse de 45 km/h est de 62 500 J.
Le même véhicule circulant à 90 km/h possède une énergie cinétique de 250 000 J.
On constate que l'énergie cinétique quadruple lorsque la vitesse double (le carré de la vitesse).
II- Énergie potentielle de pesanteur
L'énergie potentielle est liée à la position du solide : sa variation est égale au produit de la force par
la distance sur laquelle cette force est appliquée.
C'est le cas de l'énergie potentielle gravitationnelle que possède un solide par sa position dans
l'espace par rapport à la Terre.
Son expression est: EP = m g z Ep en J ; m en kg ; z en m
L'énergie potentielle est une grandeur algébrique qui est négative lorsque la position du solide
est en dessous du niveau de référence.
L'énergie potentielle dépend de la référence choisie pour la détermination de l'altitude z.
En fait, on calcule une variation d'énergie qui ne dépend donc de la référence.

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III- Énergie mécanique
L'énergie mécanique totale Em d'un solide est la somme de son énergie cinétique et de son énergie
potentielle Em = EC + EP
Comme l'énergie cinétique est positive ou nulle Ec 0 alors on a : Em Ep
Exemple : Pour un solide de masse m en translation dans le champ de pesanteur à une altitude z,
avec une vitesse
v
: Em =
Error!
m
v
2 + m g z
Conservation de l'énergie mécanique : L'énergie mécanique d'un solide isolé se conserve.
L'énergie mécanique est constante au cours du temps.
Ce principe très important en physique montre que les différentes formes d'énergie cinétique et
potentielle peuvent s'échanger, mais que, sans pertes par frottement, leur somme reste constante
au cours du temps.
Pour un solide isolé, en mouvement entre deux positions A et B, on peut écrire :
EmA = EmB
soit
ECA + EPA = ECB + EPB
La somme de l'énergie cinétique et de l'énergie potentielle est constante.
– L'énergie cinétique ne peut être négative. L'altitude maximale est atteinte lorsque
l'énergie cinétique est nulle.
– On remarque que lorsque l'altitude z diminue, l'énergie cinétique augmente.
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A propos du travail
Dans le langage courant, le mot travail a des sens très divers : il fait penser à effort, peine, fatigue. En Physique,
il a un sens bien particulier : il est produit par l'action d'une force au cours d'un déplacement.
Quand vous avez fait un travail intellectuel et des efforts pour résoudre un problème, vous n'avez pas travaillé au
sens où nous l'entendons en Physique. Par contre, la force que votre crayon exerce sur le papier effectue un
travail et, en déplaçant votre crayon, vous effectuez un travail opposé à ce dernier.
L'expression du travail d'une force
Error!
constante au cours du déplacement de A vers B est : WAB =
Error!
.
Error!
soit en développant : WAB = F . AB . cos (
Error!
;
Error!
). Dans ce cas particulier, le travail ne
dépend pas du chemin suivi entre A et B mais uniquement des positions de départ A et d'arrivée B.
E (J)
Ec
z (m)
Em
Ep
z
zone inaccessible
Ec
Ep
0