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L'énergie cinétique

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Objectifs
Un objet en mouvement possède une énergie cinétique.
De quoi dépend cette énergie ? Peut-on la calculer ?
1. Qu'est-ce que l'énergie cinétique ?
Un corps en mouvement possède la capacité d'agir sur un autre corps :
  • Il peut déformer un autre corps.
    Exemple : Un gymnaste déforme le trampoline sur lequel il retombe.

  • Il peut mettre en mouvement un autre corps.
    Exemple : Une boule de pétanque lancée sur une autre boule peut la mettre en mouvement.

Un corps en mouvement possède une énergie de mouvement appelée énergie cinétique.

Remarque : Le terme « cinétique » provient du grec kinetikos qui signifie mouvement.
2. Facteurs qui ont une influence sur l'énergie cinétique
a. Comment comparer l'énergie cinétique dans différentes situations ?
L'énergie cinétique de corps en mouvement peut être comparée en comparant leurs effets sur un autre corps.

Exemple :
On peut comparer l'effet de corps rentrant en collision avec une plaque d'argile.
Une bille lâchée sur une plaque en argile s'enfonce dans celle-ci d'autant plus profondément que son énergie cinétique au moment du choc est élevée.
b. Influence de la vitesse sur l'énergie cinétique
Lorsqu'une bille est en chute libre, sa vitesse augmente tout au long de son mouvement.

Si deux billes sont lâchées de hauteurs différentes, alors celle qui est lâchée le plus haut possède une énergie cinétique supérieure à l'autre.

Deux billes identiques A et B sont lâchées respectivement d'une hauteurs hA et hB avec hB > hA :



Une chronophotographie permet de confirmer que la vitesse de la bille B est supérieure à celle de la bille A.


Résultats:
La bille B, qui possède une énergie cinétique supérieure à celle de bille A, s'enfonce plus profondément dans l'argile (trace de la bille B à droite).


On peut en déduire que l'énergie cinétique d'un corps dépend de sa vitesse : l'énergie cinétique d'un corps croit avec sa vitesse.
c. Influence de la masse sur l'énergie cinétique
Deux billes C et D de masses respectives mC et mD sont lâchées de hauteurs identiques au dessus d'une plaque d'argile avec mD > mC :


Une chronophotographie permet de vérifier que leurs vitesses sont identiques et que seule la masse diffère.

Résultats :
La bille de masse la plus élevée s'enfonce plus profondément que l'autre.


On peut en déduire que l'énergie cinétique d'un corps dépend de sa masse : l'énergie cinétique d'un corps croit avec sa masse.
3. Énergie cinétique d'un solide en translation
a. Le mouvement de translation
Un corps possède un mouvement de translation si, à chaque instant, tous ses points se déplacent à même vitesse, dans la même direction et dans le même sens.
b. Expression de l'énergie cinétique d'un solide en translation
L'énergie cinétique est une grandeur qui se note Ec.

Sa valeur peut être exprimée par une relation qui traduit sa dépendance à la vitesse et à la masse :

Ec = × m × v2

avec :
  • Ec est la valeur de l'énergie cinétique qui s'exprime en joule (J) ;
  • m est la masse du corps qui s'exprime en kilogramme (kg) ;
  • v est la vitesse du corps qui s'exprime en mètre par seconde (m/s).

D'après cette relation, l'énergie cinétique est proportionnelle à la masse : si la masse est multipliée par deux, alors l'énergie cinétique l'est également.

L'énergie cinétique est proportionnelle au carré de la vitesse : si la vitesse est multipliée par deux, alors l'énergie cinétique est multipliée par quatre.
L'essentiel
Un corps en mouvement possède une énergie appelée énergie cinétique.

L'énergie cinétique d'un corps dépend de sa vitesse et croit avec cette dernière.

L'énergie cinétique d'un corps dépend de sa masse et croit avec cette dernière.

Un corps possède un mouvement de translation si à chaque instant tous ses points se déplacent à même vitesse, dans la même direction et dans le même sens.

Expression de l'énergie cinétique d'un solide en translation : Ec = × m × v2

avec :
  • Ec est la valeur de l'énergie cinétique qui s'exprime en joule (J) ;
  • m est la masse du corps qui s'exprime en kilogramme (kg) ;
  • v est la vitesse du corps qui s'exprime en mètre par seconde (m/s).

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