L`énergie mécanique d`un système se conserve - Physique

Thème 2 - Chapitre 6 :
Énergie mécanique d’un système
En physique, un système est une partie de l'univers physique que l'on isole pour l'analyser : cela peut être un objet, comme une balle (cf. TP), un
ensemble d'objets, une partie des particules d'un fluide...
1. Énergie cinétique d’un système en mouvement sans rotation propre
L’énergie cinétique est une énergie liée au mouvement d’un système.
Un système
 de masse m
 vitesse
v
possède une énergie cinétique Ec telle que
Ec s'exprime en
m s'exprime en
v s'exprime en
Remarques :
 Comme la vitesse peut varier au cours d’un mouvement, Ec peut varier. Dans les exercices, pour éviter les confusions, préciser le point ou
l’instant où l’énergie cinétique est calculée.
Exemple : l’énergie cinétique au point A sera notée
 Comme la vitesse
v
dépend du référentiel choisi pour l'étude du mouvement, la valeur de l'énergie cinétique d'un objet dépend du
référentiel d'étude.
 Si le système est en rotation sur lui-même, l'expression de l'énergie cinétique n'est pas aussi simple.
2. Énergie potentielle de pesanteur d’un système
Un système
 situé dans le champ de pesanteur
g
 de masse m
 dont le centre d'inertie est situé à une altitude z
possède une énergie potentielle de pesanteur Ep telle que
Ep s'exprime en
m s'exprime en
g, la norme du vecteur
g
, s'exprime en
Remarques :
 On choisit souvent un système d’axes de telle sorte que Ep = 0 J au niveau du sol ou bien au niveau du point le plus bas de la trajectoire.
 A priori Ep varie au cours du mouvement, pour éviter les confusions, préciser le point où Ep est calculée.
 En toute rigueur, l’énergie potentielle de pesanteur d’un système est définie à une constante K près : Ep = mgz + K. En effet, ce qui a un
sens physique ici, ce sont les variations de l’énergie potentielle du système entre deux états A et B. Or lorsqu’on calcule Ep(A) – Ep(B), la
constante K se soustrait.

3. Énergie mécanique d’un système
L’énergie mécanique d’un système, notée Em est telle que
Remarques :
 Au niveau 1ère S, on ne fait intervenir que l’énergie potentielle de pesanteur dans Em, mais il est possible, dans certaines situations, de
définir d’autres énergies potentielles comme par exemple l’énergie potentielle élastique.
4. Variations d’énergie mécanique d’un système
L'énergie mécanique d'un système se conserve au cours d'un mouvement si
Dans le cas contraire, l’énergie mécanique du système .
Cependant, l'énergie ne disparaît pas : l'énergie mécanique perdue par le système change de forme (exemple : transformation en
)
De plus, il est probable qu'une partie de cette énergie mécanique perdue soit cédée à l'extérieur du système (par exemple à l’air ambiant).
Exemple : Dans le cas où une masse m en chute libre est soumise à des frottements de l'air, une partie de l'énergie mécanique est transformée en
énergie thermique. Cette énergie thermique est en partie cédée à l'air ambiant. Ainsi, si l'on considère le système : (masse m + air ambiant),
l'énergie totale de ce système (énergie mécanique + énergie thermique) est