L'énergie mécanique

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.

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.

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.

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.

Tout objet possède une énergie de position notée E_p 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 E_m. 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.

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 :  E_m = E_p.

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.