L'énergie mécanique
Objectifs
Un objet en mouvement est caractérisé par son
énergie cinétique, mais aussi par son
énergie de position et son énergie
mécanique. De quels facteurs ces énergies
dépendent-elles ?
Quelles relations existe-il entre l'énergie cinétique, l'énergie potentielle et l'énergie mécanique ?
Quelles relations existe-il entre l'énergie cinétique, l'énergie potentielle et l'énergie mécanique ?
1. L'énergie de position
a. Étude de la chute d'une balle
Une balle est lâchée sans vitesse initiale
dans une cuve remplie de billes en matière
plastique. La chute de la balle est amortie par les
billes auxquelles son énergie de mouvement est
transférée.
Ce dispositif permet de comparer l'énergie cinétique de la balle au moment de l'impact.
Ce dispositif permet de comparer l'énergie cinétique de la balle au moment de l'impact.
b. Énergie cinétique acquise en
fonction de la hauteur de chute
La même bille de masse m est
lâchée successivement avec des hauteurs de
chute h1,
h2
puis h3, avec
h3 > h2 > h1.
Plus la hauteur de chute est élevée, plus la balle s'enfonce dans la cuve de billes.
L'énergie cinétique de la balle au moment de l'impact est donc d'autant plus élevée que la hauteur de chute est élevée.
Plus la hauteur de chute est élevée, plus la balle s'enfonce dans la cuve de billes.
L'énergie cinétique de la balle au moment de l'impact est donc d'autant plus élevée que la hauteur de chute est élevée.
c. Énergie cinétique acquise en
fonction de la masse de la bille
Des billes de masse m1,
m2 et
m3 sont lâchées
successivement avec une même hauteur de chute
h, avec
m3 > m2 > m1.
Plus la masse est élevée, plus la balle s'enfonce dans la cuve de billes.
L'énergie cinétique de la balle au moment de l'impact est donc d'autant plus élevée que la masse de la bille est élevée.
Plus la masse est élevée, plus la balle s'enfonce dans la cuve de billes.
L'énergie cinétique de la balle au moment de l'impact est donc d'autant plus élevée que la masse de la bille est élevée.
Remarque :
Le poids est lié à la masse par la relation : P = m × g. On en déduit que plus le poids d'un objet est grand, plus son énergie cinétique est importante.
Le poids est lié à la masse par la relation : P = m × g. On en déduit que plus le poids d'un objet est grand, plus son énergie cinétique est importante.
d. Interprétation
La balle tombe sous l'effet de son poids : elle est
attirée par la Terre.
L'énergie cinétique initialement nulle augmente au cours de la chute.
L'énergie cinétique d'un corps ne peut augmenter que suite à un transfert d'énergie.
Au moment où la bille est lâchée, elle possède une autre forme d'énergie qui, au cours du mouvement, est transformée en énergie cinétique : cette autre forme d'énergie est l'énergie de position.
L'énergie cinétique initialement nulle augmente au cours de la chute.
L'énergie cinétique d'un corps ne peut augmenter que suite à un transfert d'énergie.
Au moment où la bille est lâchée, elle possède une autre forme d'énergie qui, au cours du mouvement, est transformée en énergie cinétique : cette autre forme d'énergie est l'énergie de position.
e. Qu'est-ce que l'énergie de position ?
Tout objet possède une énergie de
position notée
Ep qui est liée
au poids de cet objet et à sa hauteur
par rapport au sol.
L'énergie de position d'un corps est d'autant plus élevée que sa masse et sa hauteur par rapport au sol sont élevées.
L'énergie de position d'un corps est d'autant plus élevée que sa masse et sa hauteur par rapport au sol sont élevées.
2. L'énergie mécanique
a. Qu'est-ce que l'énergie mécanique ?
L'énergie mécanique d'un corps est
notée Em. Elle est
définie comme étant la somme de
l'énergie cinétique d'un corps et de son
énergie de position :
L'énergie mécanique d'un corps dépend donc de sa vitesse, de sa masse et de sa hauteur par rapport au sol.
Em = Ec + Ep
L'énergie mécanique d'un corps dépend donc de sa vitesse, de sa masse et de sa hauteur par rapport au sol.
b. Conservation de l'énergie mécanique
Lorsqu'un corps n'est soumis qu'à son poids et ne
subit pas de frottements ou d'autres actions, son
énergie mécanique se conserve.
Lorsqu'un corps est immobile, son énergie cinétique est nulle ; donc son énergie mécanique est égale à son énergie de position : Em = Ep.
Lorsqu'un corps est en chute libre, sa hauteur diminue, donc son énergie de position diminue aussi ; mais étant donnée que l'énergie mécanique reste constante, l'énergie cinétique augmente.
Lorsqu'un corps est immobile, son énergie cinétique est nulle ; donc son énergie mécanique est égale à son énergie de position : Em = Ep.
Lorsqu'un corps est en chute libre, sa hauteur diminue, donc son énergie de position diminue aussi ; mais étant donnée que l'énergie mécanique reste constante, l'énergie cinétique augmente.
L'essentiel
Tout objet possède une énergie de position
notée Ep qui est
liée au poids de cet objet et à sa
hauteur par rapport au sol.
L'énergie de position d'un corps est d'autant plus élevée que sa masse et sa hauteur par rapport au sol sont élevées.
L'énergie mécanique d'un corps est notée Em. Elle est définie comme étant la somme de l'énergie cinétique d'un corps et de son énergie de position : Em = Ec + Ep.
Lorsqu'un corps n'est soumis qu'à son poids et ne subit pas de frottements ou d'autres actions, l'énergie mécanique se conserve.
L'énergie de position d'un corps est d'autant plus élevée que sa masse et sa hauteur par rapport au sol sont élevées.
L'énergie mécanique d'un corps est notée Em. Elle est définie comme étant la somme de l'énergie cinétique d'un corps et de son énergie de position : Em = Ec + Ep.
Lorsqu'un corps n'est soumis qu'à son poids et ne subit pas de frottements ou d'autres actions, l'énergie mécanique se conserve.
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