Chapitre 9 Travail et énergie Qu`est ce que le travail d`une force c

Chapitre 9 Travail et énergie Qu’est ce que le travail d’une force constante ? Comment se font les transferts d’énergie d’un système ? I)
Travail d’une force constante En physique le travail est une grandeur qui permet dévaluer l’effet d’une force sur un objet en mouvement : cette force peut même être l’objet en mouvement si elle lui communique de l’énergie. Le travail est donc bien un mode de transfert de l’énergie. Son unité est forcément le Joule (J). Par définition le travail d’une force F s’exerçant sur un corps qui se déplace d’un point A à un point B et noté WAB(F) est par définition WAB(F) = F (scalaire) AB = F*AB*cos 𝛼 Remarques: L’expression du travail est valable que le trajet soit rectiligne ou pas. Si le travail d’une force est indépendant du chemin suivit (exemple du skieur) et que ce travail ne dépend que du point de départ et du point d’arrivée alors on dit que la force est conservative. Il y a trois cas possibles : -­‐ Le travail d’une force est positif, on dit qu’il est moteur. Dans ce cas, la force est parallèle au déplacement et dans le même sens du mouvement. Exemple : cas du travail de l’ascenseur qui descent, cas du poids d’un skieur ki devale une pente… -­‐ Le travail d’une force est nul, c’est le cas ou la force est perpendiculaire au déplacement. Exemple : cas de la force de poussée des mains sur la chaise dirigé verticalement et vers le bas. -­‐ Le travail d’une force est négatif, on dit qu’il est résistant, c’est le cas ou la force F est parallèle au mouvement mais en sens opposé. II)
Travail particulier 1) Travail du poids Dans un champ de pesanteur g uniforme 𝑝 est toujours constant. On considère qu’un objet se déplace dans un repère 𝑜, 𝚤, 𝑘 avec 𝑘 vecteur verticale toujours vers le haut. Un objet de masse m a un poids p et on considérera que le mouvement du centre de gravité. Par définition, WAB(P) = P (scalaire) AB = P*AB*cos 𝛼. Donc WAB(P) ne dépend pas du chemin AB mais uniquement de Za et de Zb ; on dit alors que P est une force conservative. 2) Travail d’une force électrostatique Lorsque E est uniforme alors F =q*E est toujours constant et F est E sont toujours horizontaux lorsque la particule de charge q se déplace entre deux armatures une positive et une négative d’un point A à un point B. Photo On s’aperçoit que WAB(F) ne dépend pas de la distance AB mais seulement de UAB c’est-­‐à-­‐
dire de la position de A et de B. donc F est une force conservative. 3) Travail des forces de frottements Par définition WAB(F) = F (scalaire) AB = F*AB*cos 𝛼 (uniquement vrai si AB est rectiligne) mais la plupart du temps F est opposé au mouvement α = 180 d’où WAB(F) = F*AB*cos 180 = -­‐F*AB. Comme WAB(F) dépend de F alors la force de frottement est une force non conservative. III)
Transferts d’énergie 1) Relation entre variation d’énergie potentielle et travail des forces conservatives La variation d’énergie potentielle d’un corps qui se déplace d’un point A à un point B est toujours égale à l’opposé du travail des forces conservative qui s’applique à ce corps. (delta)Ep = Ep finale – Ep initial = -­‐ WAB(F). 2) Cas ou l’énergie mécanique se conserve Lors de la chute d’un pot de fleur, a chaque instant l’énergie potentielle qui était maximale a l’état initiale va se transférer / transformer en énergie cinétique lors de sa chute et celle ci va être maximale lorsqu’il arrive au sol. Il y a donc conservation de l’énergie mécanique a l’état initiale comme a l’état finale. En effet, à l’état initiale, Ep est maximal et Ec est minimale don Em = Ec + Ep = Ep. A l’état finale Ep est minimale et Ec est maximal donc Em = Ec + Ep = Ec = Ep initiale. Et aussi bien à l’état initial qu’à l’état final le poids ne travaille pas et on a donc conservation de l’énergie mécanique. Généralisation : chaque fois qu’un corps sera soumis a des forces conservatives ou non qui ne travaillent pas alors son énergie mécanique Em se conserve. Puisque l’énergie mécanique se conserve, c’est donc que l’énergie potentielle se transfert en énergie cinétique. 3) Cas ou l’énergie mécanique ne se conserve pas Lorsqu’un corps est soumis a des forces conservatives ou pas qui travaillent alors son énergie mécanique n’est pas constante, c’est a dire qu’elle varie et sa variation est égale au travail des forces de frottement, soit ΔEm=Wab(f) Dans ce cas alors il n’y a que transfert partiel de l’énergie cinétique en énergie potentielle et inversement.