Travail et énergies
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• l'énergie cinétique ;
• l'énergie potentielle.
Les effets du travail (déformation, modification de température...) dépendent alors de deux nouvelles grandeurs : l'énergie cinétique et l'énergie potentielle.
On obtient alors . Le terme obtenu a la même unité que le travail, c'est-à-dire le Joule (J) ; c'est l'énergie cinétique.
L'énergie cinétique d'un solide est égale au produit de la masse de ce solide et du carré de la vitesse de son centre d'inertie : .
[ en joule (J) ; en kilogramme (kg) et en mètre par seconde (m.s-1).]
Exemple :
Une balle de tennis d'une masse m = 30,0 g (0,030 kg) atteint une vitesse au service de 200 km.h-1 (55,6 m.s-1). Elle possède alors une énergie cinétique EC valant EC = × 0,030 × (55,6)² = 46,6 J.
Exemple :
Pour soulever des haltères, un haltérophile doit fournir un travail. Les haltères passent alors du sol au niveau de ses épaules ou au-dessus de la tête de l'haltérophile.
est l'énergie potentielle mesurée en joule () ; est la masse du point en kilogramme () ; est l'intensité de la pesanteur en newton par kilogramme () ou mètre par seconde au carré () ; à Paris et est l'altitude du point considéré par rapport à une origine (niveau de référence).
Remarques :
• L'altitude est donnée par rapport à une origine qu'il faut préciser. On choisit la plus commode ;
• Les calculs font souvent appel à des différences d'énergie, donc la précision de l'origine devient secondaire ;
• L'énergie potentielle d'un point peut s'appliquer à celle d'un solide si l'on considère un point particulier du solide : son centre d'inertie.
Exemple :
L'énergie potentielle de pesanteur d'un ballon de masse situé au dernier étage de la Tour Eiffel est :
• si l'on choisit le sol comme origine des altitudes.
• si l'origine des altitudes est le troisième étage de la Tour Eiffel.
• L'énergie cinétique d'un solide est égale à la moitié du produit de la masse de ce solide et du carré de la vitesse de son centre d'inertie :
.
[ en joule (J) ; en kilogramme (kg) et en mètre par seconde (m.s-1).]
• L'énergie potentielle de pesanteur
d'un point matériel de
masse , situé à une
altitude au voisinage de la Terre est :
.
[ en
joule (J) ; en
kilogramme (kg) , et est
l'altitude du point considéré par rapport
à une origine (niveau de
référence).]
• Au cours du mouvement d'un solide, soumis à l'action de son poids et à des forces extérieures dont le travail est nul, l'énergie mécanique, qui est la somme des énergies cinétique et potentielle, se conserve.
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