Objectifs :

STI
ENERGETIQUE - Cours
M6
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1
Objectifs :
Tracer un diagramme de flux d’énergie.
Déterminer le rendement d’un système.
Définition de l’énergie :
C’est la faculté que possède un système de fournir un travail mécanique
Les formes naturelles de l’énergie :
On trouve l’énergie éolienne, solaire, musculaire, fossile (pétrole), hydraulique, atomique…
Evolution de l’énergie :
 L’énergie se transmet :
Energie mécanique de
rotation
(Ce,we)
Energie mécanique de
rotation
(Cs,ws)
Engrenages
Système poulies
courroie
Système roue et vis
 L’énergie se transforme : (exemple)
Energie mécanique de
rotation
(Ce,we)
Energie mécanique de
translation
(Fs,Vs)
Système pignon
crémaillère
Système vis écrou
Came
Système bielle
manivelle
Transmettre
Transformer

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2
Définition du travail :
C’est ce qu’il faut fournir à un système pour le déplacer d’un état initial à un état final.
Les moyens utilisés, le temps nécessaire au changement d’état, la manière dont le chemin
est parcouru n’ont aucune incidence.
Travail d’une force
Travail d’un couple
L’énergie développée par une force F en
newton se déplaçant d’une longueur L en
m est exprimée en joules
Elle est égale à :
L’énergie développée par un couple C
en N.m se déplaçant d’un angle  en
radian est exprimée en joules.
Elle est égale à :
),cos( LFLFLFw 
Cw
exemple : le travail à
fournir pour soulever un
homme de 80 kg à une
hauteur de 3 m sur un plan
de 6 m incliné à 30° est au
moins de égal à 2400 J :
exemple : le travail d’un
couple de freinage de
21,22Nm à fournir à un
disque de frein pour
assurer son arrêt en 3
tours est égal à :
w
w
Le travail mécanique donne de l’énergie potentielle (de réserve) ou de l’énergie cinétique (de
mouvement)
Définition de l’énergie potentielle :
C’est l’énergie de réserve que peut fournir un système
Energie potentielle de pesanteur
Energie potentielle d’élasticité
L’énergie accumulée par une charge de
poids P en Newton qui a été soulevée
d’une hauteur h en mètre est exprimée
en joules.
Elle est égale à :
L’énergie accumulée par un ressort de
raideur k en N/m comprimé d’une
flèche f en mètre est exprimée en
joules.
Elle est égale à :
hPEp 
2
2
1fkEp 
exemple :
l’énergie potentielle d’un
l’hélico de 10 tonnes situé à
une altitude de 100 m est
égal à :
exemple :
l’énergie potentielle d’un ressort
de raideur 49N/mm qui a été
comprimé de 100 mm est égale à :
Ep
Ep
P
L
6m
120
°

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Définition de l’énergie cinétique :
C’est l’énergie que peut fournir tout solide en mouvement.
Energie cinétique de translation
Energie cinétique de rotation
L’énergie que peut fournir une charge de
masse m en kg qui se déplace à la vitesse
V en m/s est exprimée en joules.
Elle est égale à :
L’énergie que peut fournir un solide de
moment d’inertie IG en kg.m2 tournant
à la vitesse angulaire  en rd/s est
exprimée en joules.
Elle est égale à :
2
2
1VmEc 
2
2
1
 GIEc
exemple : Combien d’énergie dispose un véhicule de
1 tonne roulant à 50 km/h ?
Ec
L’arrêt de ce véhicule équivaut à une chute de
combien de mètres ?
 hhPEpEc
exemple : l’énergie cinétique
d’un train roulant ayant un
moment d’inertie de 120
kg.m2 et tournant à la
vitesse de 40 rd/s (véhicule
à 50km/h) est égale à :
Ec
Définition de la puissance :
C’est ce qu’il faut fournir à un système pour le déplacer d’un état initial à un état final en un temps
donné.
Puissance d’une force
Puissance d’un couple
La puissance développée par une force F
en newton se déplaçant d’une longueur L
en m en un temps t en s est exprimée en
Watt. Elle est égale à:
La puissance développée par un couple
C en N.m se déplaçant d’un angle  en
radian en un temps t en s est
exprimée en Watt. Elle est égale à :
),cos( VFVFVF
tLF t
w
P
 C
t
C
t
w
P
exemple : la puissance à
fournir pour soulever un
homme de 80 kg à une
vitesse de 7,2 km/h sur un
plan de 6 m incliné à 30° est
au moins égal à 800W :
exemple : la puissance
développée par un couple
de freinage de 21,22Nm à
un train roulant pour
assurer son arrêt en 3
tours pendant 5 s est
égal à :
P
P
P
V
120
°

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Conservation de l’énergie :
L’énergie se transmet ou se transforme mais ne se perd pas.
Définition du rendement :
Le rendement  (sans unité) d’un système est égal au rapport entre la puissance de sortie Ps (en watt)
et la puissance d’entrée Pe (en watt) :
Remarque : Le rendement global d’une transmission est égal au produit des rendements des constituants de
la chaîne cinématique
Transmettre
Puissance d’entrée
Pe=Ce.we
Puissance de sortie
Ps=Cs.ws
Puissance dissipée
Pe
Ps
nG  ...21

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1. Calculer le travail fournit par un camion de dépannage, tractant un véhicule
en panne sur une distance de 28 km. L’action de la barre de traction (parallèle
au sol) est supposée constante d’une intensité de 46,5 kN.
 W = 1302 10-3 J
 W = 1302 J
 W = 13+E008 J
2. A l’aide d’un tour nous devons effectuer un moletage nécessitant un couple
de 70 daN.m sur une longueur de 360mm. L’outil à moleter avance de 12mm
par tour de pièce. Déterminer le travail que devra effectuer cette machine
pour réaliser cet usinage.
 W = 140 J
 W = 25200 J
 W = 42000 J
3. Un camion développe 7500 W lorsqu’il tire une remorque avec une force de
500 N. Quelle est la vitesse de la remorque ?
 V = 15 mm/s
 V = 37500 mm/s
 V = 54 km/h
4. Sur un tour, nous réalisons un partie cylindrique de diamètre 40mm. L’effort
de coupe est de 920N. Calculer le couple du mandrin pour entraîner la pièce
en rotation.
 Cm = 184 N.mm
 Cm = 46 N.m
 Cm = 18,4 N.m
5. Un mandrin de tour tourne à la vitesse de 1500 tr/min et développe un couple
de 184 N.m. Déterminer la puissance nécessaire à l’usinage.
 Pm = 117 W
 Pm = 28902 W
 Pm = 276000 W
6. Une automobile pesant 1150 daN, roule sur une cote de 10° à la vitesse de 35
km/h. Son rendement d’ensemble est de 70%. Calculer la puissance
développée par le moteur.
 Pm = 19414 W
 Pm = 27735 W
 Pm = 34043 W
7. Une charge de 750kg est accrochée au bras d’une grue de chantier à une
hauteur de 13m. Quelle est l’énergie potentielle de cette masse ?
 Ep = 9750 J
 Ep = 97500 J
 Ep = 975000 J
8. Sur une autoroute un camion de 30 tonnes roule à la vitesse de 90 km/h.
Calculer l’énergie cinétique du camion à cette vitesse.
 Ec = 9375 .103 J
 Ec = 3375 .104 J
 Ec = 1215 .105 J
9. Un volant de presse à emboutir à une fréquence de rotation de 850 tr/min. Le
moment d’inertie de l’ensemble tournant est de 0.4 kg.m2
Déterminer l’énergie cinétique de ce volant.
 Ec = 1585 J
 Ec = 340 J
 Ec = 170 J
10. Une transmission de moto est composée d’un embrayage (=0,95), d’une
Boîte de vitesse (=0,9) et d’un engrenage conique (=0,97). Déterminer le
rendement global de la transmission.
  = 0,83
  = 0,94
  = 2,82