Travail

Travail
Les machines simples
Une machine simple est un dispositif qui permet de modifier la direction ou l'intensité de la
force nécessaire à réaliser un travail.
Qu'est-ce que le travail ?
Le travail
Un travail est défini comme le produit d'une force par le déplacement qu'elle occasionne
(on dit qu'il y a travail lorsqu'une force déplace son point d'application)
Calcul du travail
 .
• W= F
d
mais aussi
• W = ΔE
car lors d'un travail, il y a une transformation d'énergie ! Tout travail consomme de l'énergie
pour se réaliser...
Signe du travail
• W>0 lorsque force et déplacement ont même sens : W moteur
mais aussi
• W<0 lorsque force et déplacement ont des sens opposés : W résistant
Unité du travail
Le travail est une grandeur scalaire, issue du produit scalaire de deux vecteurs. Cependant, l'unité
dérivée de la formule du travail, le Newton.mètre, est délaissée au profit du Joule ,
Si une force de 1 N déplace son point d'application de 1 m, le travail est de 1 J,
une transformation d'énergie de 1 J a été nécessaire.
note : machine simple : le W demeure le même( pas de différence d'énergie), si F diminue, d augmente...
Travail et énergie potentielle
Si on élève une pierre d'un mètre de hauteur, un travail moteur est réalisé.
Il peut être mesuré en connaissant la valeur de la force de traction exercée par l'ouvrier : W = F . d
(notons que si cette pierre est montée à vitesse constante, la force qu'exerce l'ouvrier est
exactement égale au poids de la pierre -> et la somme des forces qui s'exercent sur la pierre
est nulle, et la pierre conserve sa vitesse et monte régulièrement, selon le principe d'inertie)
En même temps, la pierre gagne de l'énergie ! Puisque placée en hauteur, elle acquiert des pouvoirs
qu'elle n'avait pas au sol : capacité d'enfoncer un piquet en retombant, d'écraser un orteil en
retombant, d'augmenter sa vitesse en retombant... donc elle a reçu de l'énergie, de type potentielle
de gravitation dans ce cas.
Quelle énergie libèrerait la pierre en retombant ? Évidemment celle qu'elle a reçue en montant !
Or, il est facile de calculer l'énergie libérée lors de sa chute, puisque c'est alors son poids qui est la
force motrice, et on connait aussi la distance sur laquelle le poids a agi, qui est ici la hauteur de la
Travail & énergie
4s3
page 1 de 2
chute : W = F.d devient W = m.g.h
En ayant à l'esprit que c'est en puisant dans son stock d'énergie qu'un travail peut être réalisé (donc en
envisageant la valeur du travail mis en œuvre), on peut alors généraliser la formule qui permet de calculer
l'énergie potentielle de gravitation d'un objet :
W = Ep = m g h
Ou, si on ne tombe pas « tout en bas » : W = ΔEp = Ep finale – Ep initiale
Ccl : si je dépense de l'énergie pour monter mon cartable à l'étage, cette énergie est transférée au
cartable, sous forme d'énergie potentielle de gravitation. Car l'énergie ne disparaît jamais...
Pour connaître la valeur du travail, je peux aussi bien la calculer à partir de la formule du travail,
que la rechercher en évaluant le gain d'énergie potentielle de gravitation du cartable.
Travail et énergie cinétique
La même logique peut ici être mise en œuvre. La formule de l'énergie cinétique est cependant moins
aisée à démontrer... Nous la retiendrons par cœur tant que la relation entre force et mouvement
n'aura pas été étudiée en détail.
W = Ec = ½ m v²
et bien-sûr, si l'objet possède déjà une vitesse, W = ΔEc = Ec finale – Ec initiale
Conservation de l'énergie mécanique
Encore ? on commence à en être persuadé !
Ici, il est question d'énergie mécanique :
L'énergie mécanique se définit comme la somme de l'énergie potentielle et de l'énergie
cinétique que possède un corps à un moment donné.
Ce qui signifie que si un objet perd de l'énergie potentielle – parce qu'il tombe – à chaque instant de
sa chute, il gagne de l'énergie cinétique (donc sa vitesse augmente, sa masse restant inchangée) et
surtout, il gagne une énergie cinétique exactement égale, en grandeur, à l'énergie potentielle qu'il a
perdue !!
« L'énergie mécanique se conserve » veut dire que l'énergie mécanique AVANT l'événement est
exactement égale à l'énergie mécanique APRÈS l'événement. En formule, cela donne :
EM avant = EM après
Ec avant + Ep avant = Ec après + Ep après
et cela à chaque instant, et en théorie...
Car en pratique, les forces de frottements viennent tout gâcher : en réalisant des travaux toujours
résistants, elles transforment une partie de l'énergie mécanique initiale en énergie non-mécanique,
donc en chaleur, qui est perdue pour le système.
Une balançoire finit par s'arrêter, à cause des forces de frottements, si on la laisse osciller librement,
donc sans injecter de temps en temps un peu d'énergie en poussant soi-même l'enfant qui réclame
notre intervention pour prolonger son bonheur.
EM avant = EM après + Ethermique
et donc EM avant > EM après la différence étant devenue de l'énergie thermique...
Travail & énergie
4s3
page 2 de 2