Chapitre 6P : ENERGIE CINETIQUE ET ENERGIE POTENTIELLE



Documents pareils
Chapitre 5. Le ressort. F ext. F ressort

Premier principe de la thermodynamique - conservation de l énergie

La gravitation universelle

LES LOIS PHYSIQUES APPLIQUÉES AUX DEUX-ROUES : 1. LA FORCE DE GUIDAGE

document proposé sur le site «Sciences Physiques en BTS» : BTS AVA 2015

La fonction exponentielle

Chap 8 - TEMPS & RELATIVITE RESTREINTE

M6 MOMENT CINÉTIQUE D UN POINT MATÉRIEL

L énergie grâce à l eau ça coule de source!

TS Physique Satellite à la recherche de sa planète Exercice résolu

Système formé de deux points

Quantité de mouvement et moment cinétique

Chapitre 5 : Le travail d une force :

Test : principe fondamental de la dynamique et aspect énergétique

Mesures et incertitudes

Les engins roulants, Ecole Paul Salomon 1 / Hélène LEBON ET Madeleine RIVIERE, MS

Examen d informatique première session 2004

Voyez la réponse à cette question dans ce chapitre.

MATIE RE DU COURS DE PHYSIQUE

CHAPITRE. Le mouvement en deux dimensions CORRIGÉ DES EXERCICES

Mécanique. 1 Forces. 1.1 Rappel. 1.2 Mesurer des forces. 3BC - AL Mécanique 1

Cours d électricité. Circuits électriques en courant constant. Mathieu Bardoux. 1 re année

Mesure de la dépense énergétique

ETUDE DES PERFORMANCES D UN SYSTEME EOLIEN. APPLICATION POUR DES SITES ALGERIENS

PHYS-F-104_C) Physique I (mécanique, ondes et optiques) Solutions des questions d'examens ( )

POLY-PREPAS Centre de Préparation aux Concours Paramédicaux. - Section Audioprothésiste / stage i-prépa intensif -

Erratum de MÉCANIQUE, 6ème édition. Introduction Page xxi (milieu de page) G = 6, m 3 kg 1 s 2

Chapitre 10 : Mécanique des fluides

Dimensionnement d une roue autonome pour une implantation sur un fauteuil roulant

Initiation à la Mécanique des Fluides. Mr. Zoubir HAMIDI

L ADHÉRENCE ET LE GLISSEMENT DES PNEUMATIQUES

DM n o 8 TS Physique 10 (satellites) + Chimie 12 (catalyse) Exercice 1 Lancement d un satellite météorologique

Chapitre 1: Facteurs d'échelle

Cours IV Mise en orbite

TP 7 : oscillateur de torsion

Estimation de potentiel éolien

CHAPITRE. Le mouvement en une dimension CORRIGÉ DES EXERCICES

1 Définition. 2 Systèmes matériels et solides. 3 Les actions mécaniques. Le système matériel : Il peut être un ensemble.un sous-ensemble..

Utilisation des intégrales premières en mécanique. Exemples et applications.

Premier principe : bilans d énergie

ÉNERGIE : DÉFINITIONS ET PRINCIPES

R. A. A. Bébian. Mimographie, ou essai d écriture mimique. París, 1825

PHYSIQUE Discipline fondamentale

Trépier avec règle, ressort à boudin, chronomètre, 5 masses de 50 g.

1 Problème 1 : L avion solaire autonome (durée 1h)

DISQUE DUR. Figure 1 Disque dur ouvert

Chapitre 2 : Caractéristiques du mouvement d un solide

1 Mise en application

POLY-PREPAS Centre de Préparation aux Concours Paramédicaux. - Section Orthoptiste / stage i-prépa intensif -

10 leçon 2. Leçon n 2 : Contact entre deux solides. Frottement de glissement. Exemples. (PC ou 1 er CU)

Technologie des contacteurs gaz liquide : cas des colonnes à plateaux et à garnissage. M. Prévost

L énergie sous toutes ses formes : définitions

Chap 1: Toujours plus vite... Introduction: Comment déterminer la vitesse d une voiture?

Chapitre 7: Dynamique des fluides

Problèmes sur le chapitre 5

DYNAMIQUE DE FORMATION DES ÉTOILES

TD de Physique n o 1 : Mécanique du point

CHAÎNES ÉNERGÉTIQUES I CHAÎNES ÉNERGÉTIQUES. II PUISSANCE ET ÉNERGIE

LA PUISSANCE DES MOTEURS. Avez-vous déjà feuilleté le catalogue d un grand constructeur automobile?

Chapitre 9 : Applications des lois de Newton et Kepler à l'étude du mouvement des planètes et des satellites

LA MESURE DE PRESSION PRINCIPE DE BASE

Manutentions manuelles Statistique nationale / Ile de France 1992

FORMATION DES PERSONNES-RESSOURCES EN SCIENCE ET TECHNOLOGIE LE CYCLE DU JOUR ET DE LA NUIT (CYCLE DIURNE)

Précision d un résultat et calculs d incertitudes

Annexe 3 Captation d énergie

Champ électromagnétique?

Débit d'eau et production d'électricité

BACCALAURÉAT TECHNOLOGIQUE Sciences et Technologies de l Industrie et du Développement Durable ENSEIGNEMENTS TECHNOLOGIQUES TRANSVERSAUX

Concours EPITA 2009 Epreuve de Sciences Industrielles pour l ingénieur La suspension anti-plongée de la motocyclette BMW K1200S

Physique: 1 er Bachelier en Medecine. 1er juin Duree de l'examen: 3 h. Partie 1: /56. Partie 2 : /20. Nom: N ō carte d étudiant:

SDLS08 - Modes propres d'une plaque carrée calculés sur base réduite

Notion de fonction. Résolution graphique. Fonction affine.

SEANCE 4 : MECANIQUE THEOREMES FONDAMENTAUX

BREVET 2 * Principes physiques régissant la plongée. Première partie

Qu est-ce qu une probabilité?

TD 9 Problème à deux corps

ÉCONOMIES D ÉNERGIE, ÉNERGIES RENOUVELABLES ET PRATIQUES ÉCOLOGIQUES

Définition 0,752 = 0,7 + 0,05 + 0,002 SYSTÈMES DE NUMÉRATION POSITIONNELS =

STATIQUE GRAPHIQUE ET STATIQUE ANALYTIQUE

Michel Henry Nicolas Delorme

Chapitre 6. Fonction réelle d une variable réelle

SYSTEME DE PARTICULES. DYNAMIQUE DU SOLIDE (suite) Table des matières

Equipement d un forage d eau potable

Oscillations libres des systèmes à deux degrés de liberté

Les effets de température

Continuité et dérivabilité d une fonction

1- Maintenance préventive systématique :

Exercice 1. Exercice n 1 : Déséquilibre mécanique

Synthèse SYNTHESE DIRECTION GENERALE DE L ENERGIE ET DU CLIMAT. Service du climat et de l efficacité énergétique

CHAPITRE 6 : LE RENFORCEMENT DU MODELE PAR SON EFFICACITE PREDICTIVE

Physique, chapitre 8 : La tension alternative

CENTRALES HYDRAULIQUES

Cours de Mécanique du point matériel

Dans ce chapitre : Sommaire 93

BACCALAURÉAT GÉNÉRAL SÉRIE SCIENTIFIQUE

Production électrique : la place de l énergie éolienne

Exercices Alternatifs. Une fonction continue mais dérivable nulle part

CAPTEURS - CHAINES DE MESURES

Chapitre 5: Oscillations d un pendule élastique horizontal

SDLV120 - Absorption d'une onde de compression dans un barreau élastique

Transcription:

Chapitre 6P : ENERGIE CINETIQUE ET ENERGIE POTENTIELLE Dans le chapitre précèdent, nous avons étudié l expression du travail et de la puissance d une force constante. Ce travail correspond à un transfert d énergie entre le système et l extérieur, via la force considérée : «un système qui possède de l énergie est capable de fournir du travail» dit le dictionnaire Le Petit Robert. Ainsi, comme l a observé Newton, une pomme qui tombe d un arbre va de plus en plus vite lors de sa chute : sa vitesse augmente. L accroissement de cette énergie tout au long de la chute s explique par le travail de la force de pesanteur. C est ce transfert d énergie qui est étudié dans ce chapitre, où l on définit énergie cinétique et énergie potentielle. I) Travail et énergie cinétique 1) Travail du poids au cours d une chute libre : voir TP5P a) Qu est-ce qu une chute libre? Remarque : ce modèle de chute libre n est valable que si les valeurs de la poussée d Archimède exercée par le fluide sur le solide et de la force de frottement sont négligeables devant celle du poids. Ce qui est le cas pour les solides denses ; de petites tailles ; telles qu une bille, une pierre objet : V b) L énergie cinétique augmente lors d une chute libre Résultats du TP5P introductif portant sur le lien entre la vitesse et la hauteur de chute d un h V 2 h D après le relevé des points et l étude V 2 = f(h), on constate que V 2 est proportionnel à la hauteur h de chute. De plus, le coefficient directeur de cette droite est égal à 2g. On a alors : Z Z A V A Z B V B Remarque : Lors de la chute libre de la balle de masse m entre les points A et B, le travail du poids fait varier la vitesse Vg. Cet accroissement de vitesse a lieu tout au long de la chute. Des mesures montrent que le travail du poids Wp est égal à l augmentation de la grandeur 1/2mVg2. Cette grandeur dépend de la vitesse du solide et traduit donc l état de mouvement de la bille au point considéré. On l appelle de la bille. Entre A et B la vitesse de la bille change, son énergie cinétique change, son capital énergie évolue. - 1/5 MARTIN Lycée Français de Djibouti 0910

2) Théorème de l énergie cinétique a) Energie cinétique d un solide en translation Remarque : L énergie cinétique dépend de la vitesse de translation, donc elle dépend du référentiel d étude! b) Retour sur la chute libre La variation d énergie cinétique d un solide entre A et B est égal au travail du poids entre A et B. Le travail du poids est moteur, il transfère de l énergie à la bille, la bille a donc augmenté son capital énergie en gagnant de l énergie cinétique. c) Généralisation : théorème de l énergie cinétique Pour un objet qui chute, l accroissement de l énergie cinétique est égal au travail du poids. On peut généraliser ce résultat. Enoncé du théorème de l énergie cinétique : Remarque : on peut travailler sur chacune des forces ou sur la résultante des forces pour déterminer la variation d énergie cinétique. 3 cas possibles : Si la résultante des forces extérieures a un travail moteur, l énergie cinétique du solide Si la résultante des forces extérieures a un travail résistant, l énergie cinétique du solide Si la résultante des forces extérieures ne travaille pas, l énergie cinétique du solide - 2/5 MARTIN Lycée Français de Djibouti 0910

II) Energie potentielle de pesanteur 1) L énergie potentielle diminue lors d une chute libre : voir TP5P Dans l exemple de la bille qui tombe, plus elle est placée haut au départ ; plus son énergie cinétique est grande à l arrivée. On dit que potentiellement une bille retenue en hauteur possède, de l attraction terrestre, une énergie. Attention cette énergie ne peut être constatée que si on lâche la bille. Elle est en quelque sorte en attente. On l appelle énergie Autres exemples : Un rocher, lors de sa chute, peut écraser une maison. L eau d'un barrage, lors de sa chute, actionne la turbine d'une centrale électrique. Une avalanche de neige peut provoquer de graves dégâts. Tous ces corps ont donc stocké une énergie proportionnelle liée à leur masse et à leur altitude, appelée. 2) Généralisation Remarque : cette énergie est liée à l existence de la Terre : sans elle, cette énergie serait nulle, l objet ne tomberait pas et son énergie cinétique ne varierait pas! 3) Variation de l énergie potentielle de pesanteur entre 2 positions Remarque : l expression précédente est calculée par rapport au niveau du sol, c'est-à-dire que l on choisit E P = 0 lorsque z = 0. L axe Oz est dirigé vers le haut. 4) Travail et énergie potentielle Envisageons un voyageur soulevant une valise, initialement immobile sur le plancher (position A du centre d'inertie de la valise), pour la poser sur le support à bagages se trouvant au-dessus de lui (position B). Système étudié : la valise. Forces extérieures : la valise est soumise à deux forces : son poids P r et l'action F r exercée par la main. Les frottements f seront négligés car vitesse négligeable! Soit Oz un axe vertical orienté vers le haut et notons h = z B - z A la variation d'altitude entre les deux positions du centre d'inertie de la valise de masse m. - 3/5 MARTIN Lycée Français de Djibouti 0910

Le système étant étudié dans un référentiel galiléen, on peut appliquer le théorème de l énergie cinétique de A (point de départ) à B (point d arrivée) : Ce résultat a été établi dans le cas particulier où l'énergie cinétique ne varie pas. W AB r (F) représente le travail qu'un opérateur extérieur (ici, le voyageur) a dû fournir pour faire varier l'énergie potentielle de la valise (sans variation d énergie cinétique). Le travail apparaît encore ici comme un transfert d'énergie. III) Transformation énergie cinétique énergie potentielle. Conservation de l énergie mécanique 1) Variation des énergies cinétique et potentielle lors d une chute libre : voir TP5P Rappels des graphes obtenus lors de l expérience : On constate que le terme Em = Ec + Ep = 1/2mV 2 + mgz est quasi-constant. Sa faible décroissance est explicable par l existence de petits frottements de l air. Sans ces frottements, cette somme serait constante! 2) Généralisation - 4/5 MARTIN Lycée Français de Djibouti 0910

IV) Quelques exemples 1) Expérience de la chute d un objet quelconque (encore!) On va étudier le cas d un objet qui chute en faisant intervenir, cette fois-ci l énergie cinétique et l énergie potentielle de pesanteur. Système étudié : un solide quelconque. Forces extérieures : Le système étant étudié dans un référentiel galiléen, on peut appliquer le théorème de l énergie cinétique 2) Exemple d un cas où l énergie mécanique ne se conserve pas! C est généralement le cas dès que des frottements interviennent! Etudions le cas d un solide qui glisse sur un plan incliné rugueux. Système étudié : un solide quelconque. Forces extérieures : le poids P, les frottements f, la réaction normale du support sur l objet. Le système étant étudié dans un référentiel galiléen, on peut appliquer le théorème de l énergie cinétique. V) Synthèse 1) Énergie cinétique L énergie cinétique d'un solide animé d'un mouvement de translation s'exprime par la relation : Ec = ½ mv² 2) Énergie potentielle d un solide L énergie potentielle de pesanteur d un solide s exprime par la relation : Ep = mgz (axe vers le haut) 3) Énergie mécanique d'un solide L'énergie mécanique d'un solide en mouvement est la somme des énergies cinétique et potentielle : Em = Ec + Ep 4) Théorème de l'énergie cinétique Dans un référentiel galiléen, la variation d'énergie cinétique d'un solide est égale au travail des forces extérieures qui lui sont appliquées : Ec(B) - Ec(A) = W AB ( F r ext). 5) Conservation de l'énergie mécanique Lorsqu'un solide est soumis à son poids et à d'autres forces dont le travail est nul, son énergie mécanique est constante. Le travail est un transfert d'énergie. - 5/5 MARTIN Lycée Français de Djibouti 0910