Travail, énergie et puissance

Chapitre 1: Énergie, t ravail, et puissance
1. Considérations sur l'énergie
Nous avons déjà utilisé le terme énergie dans différents cours, comme
biologie et chimie.
Actuellement, l'énergie est un facteur essentiel dans la plupart des
activités économiques; mais les sources d'énergie utilisées par les
industries (pétrole, gaz, charbon) ne sont pas inépuisables.
Nos ancêtres ne disposaient comme source d'énergie que du soleil, de
leur force musculaire; plus tard celle des animaux pour se déplacer,
effectuer un travail; du feu; des moulins à eau et à vent….
Nous constatons que l’énergie se présente sous différentes formes
électrique, chimique, musculaire, solaire,...
Quelle est la signification du mot énergie ?
L’énergie est une notion abstraite. Elle n’est pas visible, sauf la lumière,
et nous ne la percevons que par ses effets, c’est-à-dire lorsqu’elle a été
utilisée. Par exemple, l'énergie lumineuse est utilisée par une plante pour
fabriquer du glucose,...
Nous définirons l’énergie (symbole : E) comme la grandeur qui
caractérise la capacité d’un corps ou d’un système à agir sur un autre
corps ou un autre système. Son unité de mesure est le Joule (symbole :
J).
1

De même, un système (objet) possède de l’énergie s’il est capable de
mettre un autre objet en mouvement, c'est-à-dire s’il est capable
d’effectuer un travail.
Pour chaque forme d'énergie, il existe une formule qui permet sa mesure.
Nous allons en (re)découvrir quelques-unes. Commençons d'abord par la
notion de travail citée ci-dessus.
2. Le travail
Pour soulever une charge de poids
G
à une hauteur h donnée, une
grue doit brûler une quantité q de carburant.
Pour soulever une charge de poids
2 G
à une hauteur h donnée, une
grue doit brûler une quantité 2.q de carburant.
Pour soulever une charge de poids
G
à une hauteur 2h donnée, une
grue doit brûler une quantité 2.q de carburant.
Donc, la quantité d'énergie fournie par le moteur et transférée à la grue
pour effectuer un travail d'élévation est :
✔directement proportionnelle à la force à exercer
✔directement proportionnelle au déplacement
Nous obtenons donc la formule :
W = F. ∆x
Remarque : dans les exemples ci-dessus, les vecteurs force et
déplacement ont la même direction et le même sens. Lorsque ce n’est
2

pas le cas, ces deux vecteurs forment un angle et nous devons en tenir
compte dans le calcul du travail.
Imaginons la situation suivante : on tire un chariot sur un plan horizontal.
Cherchons la valeur du travail effectué.
Donc, nous obtenons la formule:
Le travail est exprimé en joule ; un joule est le travail effectué par une
force de 1 Newton qui déplace son point d'application de 1 mètre dans
sa direction.
Exercice: Quelle est la force exercée par une personne qui effectue un
travail de 200 J en tirant un chariot sur 100 m par une corde faisant un
angle de 60° avec le sol ?
3

3. La puissance
La puissance mécanique d'un système est la grandeur qui mesure sa
performance à effectuer un travail
Une grue A soulève une charge déterminée à 10m de hauteur en 30s.
Une grue B soulève la même charge à la même hauteur mais en une
minute; quelle est la différence entre les deux grues ?
.....................................................................................................................
Une grue C soulève une charge déterminée à 10 mètres de haut en 30
secondes. Une grue D soulève une charge deux fois plus grande à la
même hauteur et à la même vitesse ; quelle est la différence entre les
deux grues ?
.....................................................................................................................
Donc, une machine est deux fois plus ……………… qu’une autre si elle
effectue un même …………………………….. deux fois plus vite.
Donc, une machine est deux fois plus ………………….qu’une autre si elle
effectue un travail……………………………….en un même temps.
A partir de ces deux exemples, nous comprenons que la puissance
(symbole :...) dépend de deux facteurs.
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
Nous obtenons donc la formule :
L’unité de la puissance est le joule par seconde (J/s), appelé watt
(symbole :...…).
4

Un watt est la puissance d'une machine qui effectue un travail de un
joule en une seconde.
Exercices
1. Paul effectue un travail de 250 W en 10 s ; Pierre effectue le même
travail en 5 s. Calculez la puissance de Paul et celle de Pierre.
2. Une grue soulève une charge sur 20 m de haut avec une force de 200
N en 15 s. Calculez la puissance de cette grue.
Q uelques ordres de grandeur :
Système Puissance (W )
Soleil 4.1026
Locomotive 3.106
Émetteur radio 5.104
Homme au repos 75
5