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ÉNERGIE CINÉTIQUE

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Énergies cinétique, potentielle et mécanique

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Rappels


Quand on étudie un mouvement il faut bien définir le référentiel, c’est l’objet de référence par rapport auquel on étudie le mouvement. Il faut associer à l’étude du mouvement un repère d’espace qui permet de connaître la position de notre objet d’étude et une horloge qui permet de mesurer le temps, et d’associer le temps à l’espace.



Énergie cinétique


L’énergie liée au mouvement est l’énergie cinétique, c’est l’énergie que possède un corps du fait de son mouvement. Sa définition est \(Ec= \frac{1}{2} mv^2.\)

\(m\) : la masse de l’objet étudié (kg)
\(v\) : la vitesse (m/s)
\(Ec\) : l’énergie cinétique (J)

Par définition l’énergie cinétique est toujours positive, ce que nous intéresse c’est la variation d’énergie cinétique, qui pourra être positive ou négative.

La variation d’énergie cinétique :

\(\Delta Ec= Ecf-Eci= \frac{1}{2} m v_f^2 - \frac{1}{2} mv_i^2\)

\(\Delta Ec>0\) le corps accélère.
\(\Delta Ec<0\) le corps ralentit.

Remarque importante :
Pour passer des km/h aux m/s, il faut diviser par 3,6.
Pour passer des m/s aux km/h, il faut multiplier par 3,6.



Énergie potentielle de pesanteur

 

Elle est liée à l’altitude. Plus l’altitude est élevée et plus on a une énergie potentielle de pesanteur. On va mesurer l’altitude d’un objet d’étude en fonction d’une référence. Il faut absolument avoir une référence, une altitude zéro, pour pouvoir déterminer quelle est la hauteur de l’objet d’étude. 

\(Epp=mgz_G\)

\(m\) : la masse de l’objet étudié (kg)
\(g\) : l’intensité de la pesanteur (N/Kg)
\(z_G\) : l’altitude du centre de gravité (m)
Epp : énergie potentielle de pesanteur (J)

La variation d’énergie potentielle de pesanteur :

\(\Delta Epp=mgz_{Gf} -mgz_{Gi}\)

\(\Delta Epp>0\) le corps s’élève.
\(\Delta Epp<0\) le corps se baisse. \(g = 9,81\) N kg-1

 

Énergie mécanique



L’énergie mécanique est $Em$ et vaut par définition \(Em=Ec+Epp\).



Si pas de frottements :

 


\(Em=cte\)
\(\Delta Em=0\) 

Avec une énergie mécanique constante, on dit que l’énergie se conserve. On a une énergie potentielle de pesanteur qui diminue, une énergie cinétique qui augmente et quand on fait la somme de l’énergie potentielle de pesanteur et de l’énergie cinétique, on a une valeur constante de l’énergie mécanique. Ces tracés sont obtenus dans le cas d’une chute car l’énergie potentielle de pesanteur diminue comme l’altitude diminue et l’énergie cinétique augmente car la vitesse augmente lors d’une chute.



Si frottements :

 

 

\(Em\neq cte\)
\(\Delta Em \neq 0\)

On a des frottements donc on se rend compte que, progressivement, la somme de l’énergie cinétique et de l’énergie potentielle de pesanteur diminue. La différence entre l’énergie mécanique au départ et l’énergie mécanique à un instant $t$ correspond à l’énergie qui a été dissipée sous forme d’agitation thermique du fait des frottements.