Étude des mouvements : travail et énergie

Étude des mouvements : travail et énergie
!PLAN
Travail d’une force
A) Je sais donner et utiliser l’expression du travail d’une force
constante
Pour modifier le mouvement d’un système, on exerce une force sur le système.
La force n’a pas le même impact sur le mouvement d’un système, selon la direction
et le sens de la force par rapport à la direction et le sens du mouvement.
ex. : un cycliste roule le vent dans le dos. La force, due au vent qui s’exerce sur
lui a la même direction et le même sens que la direction et le sens du
mouvement du cycliste. Il va alors beaucoup plus vite qu’un cycliste roulant
contre ce vent.
Le travail d’une force est la grandeur physique qui permet de quantifier les effets
d’une force.
Il a la dimension d’une énergie.
On le mesure en joules (J).
expression générale du travail d’une force vecteur F exercée sur un objet pour le
déplacer d’un point A vers un point B : W( ) = . = F×AB ×cos(α)
avec :
W( ) le travail de la force F pour un déplacement de A vers B en J
(Joules)
F la force en N
AB la distance parcourue par l’objet en m
α l’angle entre les vecteurs et
Il existe trois types de travaux selon la valeur de W( ) :
travail moteur si W( ) > 0, donc si 0 < α< 90
travail nul si W( ) = 0, donc si α= 90
travail résistant si W( ) < 0, donc si 90 < α< 180
1
AB F!F!AB!
AB F!
F!AB!
AB F!
AB F!∘ ∘
AB F!∘
AB F!∘ ∘

B) Je connais le vocabulaire pour décrire les différents types de
force
force conservative : toute force pour laquelle le travail ne dépend pas du chemin
suivi mais uniquement du point de départ et du point d’arrivée
On lui associe une énergie potentielle.
Ex. : force électrique, force gravitationnelle et poids
force non conservative : toute force dont le travail dépend du chemin suivi
ex. : force de frottement
C) Je sais établir et exploiter les expressions du travail d’une force
constante
travail d’une force de pesanteur : W( ) = m×g×(z−z)
travail d’une force électrique : W( ) = q×(U−U)
D) Je sais établir l’expression du travail d’une force de frottement
d’intensité constante dans le cas d’une trajectoire rectiligne
Une force de frottement s’oppose au déplacement .
Le travail d’une telle force est toujours résistant.
Son expression sera donc :
W( ) = . = f×AB ×cos(180 )
W( ) = −f×AB
car cos(180 ) = −1
Transferts d’énergie au cours d’un mouvement
A) Je sais analyser les transferts énergétiques au cours d’un
mouvement d’un point matériel
L’énergie mécanique est la somme de l’énergie cinétique et de l’énergie potentielle.
théorème de l’énergie mécanique :
la variation d’énergie mécanique E est égale au travail des forces non
conservatives W( ).
AB P!A B
AB F!A B
f!AB!
AB f!f!AB!∘
AB f!
∘
2
m
f!

ΔE=W( )
Si on néglige la force de frottement, il n’y a que des forces conservatives : ΔE= 0
J.
L’énergie mécanique se conserve.
Ex. : au cours d’une chute libre, l’énergie potentielle est convertie en énergie
cinétique et vice-versa.
S'il y a une force de frottement : ΔE=W( ) < 0 J.
L'énergie mécanique décroît.
Ex. : au cours d’une chute avec frottement, une partie de l’énergie potentielle est
convertie en énergie cinétique et une autre partie est dissipée sous forme
d’énergie thermique.
B) Je sais reconnaître l’influence des phénomènes dissipatifs (force
de frottement) sur l’énergie
Lorsqu’une force de frottement s’exerce sur le système, une certaine partie de
l’énergie est dissipée.
Dans le cas d’une oscillation : il y a diminution de l’amplitude au cours du temps.
Dans le cas d’une chute : la vitesse finale mesurée est inférieure à la vitesse
calculée.
mf!
m
mf!

Étude des mouvements : travail et énergie
Relation entre le travail et la force
W( ) le travail de la force en
Joules J
F la force en Newton N
AB la distance entre A et B en m
α l’angle en radian entre le vecteur
force et le vecteur
W( ) = . = F×AB ×cos(α)
Poids
P la valeur du poids en Newton N
m la masse du système en kg
g la valeur du champ de pesanteur en
N.kg ou m.s
=m×
Force électrique
F la valeur de la force électrique en
Newton N
q la charge du système en Coulomb C
E la valeur du champ électrique en N.C
ou en V.m
=q×
Travail d’une force électrique
!FORMULES
AB F!
F!AB!
AB
!F!F!AB!
-1 -2
P!g!
-1
-1
F!E!

W( ) le travail de la force électrique
en Joules J
q la charge de la particule en Coulomb C
U et U les potentiels en A et B en
Volt V
W( ) = q×(U−U)
Travail du poids
W( ) le travail du poids en Joules J
m la masse du système en kg
g le champ de pesanteur en m.s
z et z les altitudes des points A et B
en m
W( ) = m×g×(z−z)
Énergie cinétique
E l’énergie cinétique en Joules J
m la masse en kg
v la vitesse en m.s
E=×m×v
Énergie potentielle de pesanteur
E l’énergie potentielle de pesanteur en
Joules J
m la masse en kg
g la valeur du champ de pesanteur m.s
z l’altitude en m
E=m×g×z
Énergie mécanique
E l’énergie mécanique en Joules J
E l’énergie cinétique en Joules J
E l’énergie potentielle en Joules J
E=E+E
AB F!
A B
AB
!F!A !B !
AB P!
-2
A B
AB
!P!A !B !
c
-1
c
!2
1
!2 !
pp
-2
pp
!
m
c
p
m
!c !p !