Chapitre 9: Les oscillateurs énergie et temps

Énergie cinétique

Il s'agit de l'énergie liée à la vitesse du système.

$Ec = \frac{1}{2}mv^{2}$

Remarque: L'énergie cinétique est supérieure ou égale à zéro.

Conversions de vitesses :

• 1 m/s = 3,6 km/h

un véhicule de 1,5 t roule à 50 km/h.

Calculer son énergie cinétique.

Travail d'une force

En physique, le travail noté W est une grandeur algébrique qui permet de mesurer l'énergie transférée par un force à un système.

Si au cours du mouvement, la force a pour effet :

• d'augmenter l'énergie du système : W > 0, le travail est moteur.
• De diminuer l'énergie du système : W < 0, le travail est résistant.

Expression du travail d'une force constante

Le travail d'une force constante lors d'un déplacement d'un point A vers un point B est indépendant du chemin suivi, il a pour expression:

$W_{AB}(\vec{F}) = \vec{F} \cdot \vec{AB}$

Si la force est colinéaire au déplacement

$W_{AB}(\vec{F}) = \pm F\ AB$

Lien vers le tutoriel de WikiHow

Si la force n'est pas colinéaire au déplacement

$W_{AB}(\vec{F}) = F\ AB\ \cos(\widehat{\vec{F},\vec{AB}})$

Lien vers le tutoriel de WikiHow

Travail de forces usuelles

Travail du poids

Le poids est une force constante verticale vers le bas de valeur $P=m\ g$.

Son travail ne dépend que de la différence de hauteur entre les points de départ et d'arrivée.

By Ilevanat - Own work, CC BY-SA 3.0, Link

Vitesse lors d'une chute

En l'absence de frottements, de quelle hauteur doit tomber un objet pour atteindre une vitesse de 50 km/h ?

Travail des forces de frottements

Les forces de frottement dépendent du chemin suivi, on les appelle des forces non conservatives.

Une force de frottement $\vec{f}$ est généralement de sens opposé au déplacement, son travail est alors résistant.

$W(\vec{f})<0$

 Force de freinage

Calculer la valeur de la force de freinage d'un véhicule de 1,5 t sachant que la distance de freinage à 50 km/h est de 9 m sur sol sec.

Article Wikipedia sur la distance d'arrêt

Forces conservatives

Energie potentielle

On peut dans le cas des forces conservatives, associer à une force une énergie potentielle Ep, ou énergie de position. position.

Par définition, la variation d'énergie potentielle est égale à l'opposé du travail de la force lors du mouvement.

$\Delta Ep_{AB}(\vec{F}) = -W_{AB}(\vec{F})$

Energie potentielle de pesanteur

C'est l'énergie potentielle associée au travail au poids:

$Epp(z) = m\ g\ z\ +\ cte$

Notations

• $Epp$: énergie potentielle de pesanteur du système en joule($J$)
• $m$: masse du système étudié en kilogramme($kg$)
• $g$: intensité de la pesanteur en mètre par seconde au carré($m\cdot s^{-2})$
• $z$: altitude du système par rapport à l'altitude de référence en mètre($m$)

Démonstration

         

Animation skatepark de l'énergie sur phet.colorado.edu

Energie potentielle électrique

C'est l'énergie potentielle associée au travail de la force électrique:

$Epe(V) = q\ V\ +\ cte$

Notations

• $Epe$: énergie potentielle électrique du système en joule($J$)
• $q$: charge électrique du système étudié en Coulomb($C$)
• $V$: potentiel électrique auquel est soumis le système en volt($V$)

Conservation de l'énergie mécanique

Non conservation de l'énergie mécanique