Energie mécanique et cinétique : 3eme Secondaire – Cours – Physique – Chimie : 3eme Secondaire
- Qu’est-ce que l’énergie cinétique ?
- Qu’est-ce que l’énergie mécanique ?
- Qu’est-ce que l’énergie de position ?
- Pourquoi la vitesse est-elle dangereuse ?
I. Vocabulaire et principe de base
L’énergie :
On dit qu’un corps possède de l’énergie s’il peut effectuer une action sur lui-même ou sur d’autres
corps. Lorsque l’énergie d’un corps change de forme : on parle alors de conversion d’énergie.
Lorsque l’énergie d’un corps est transmise à d’autres corps on parle alors de transfert d’énergie.
Rappel: ” Rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme ” (Lavoisier)
L’énergie ne peut ni apparaître, ni disparaître mais correspond soit à un transfert d’énergie avec un autre corps, soit à une conversion d’énergie.
1. Energie de position :
Un objet au voisinage de la Terre possède une énergie due à l’interaction gravitationnelle qu’il existe entre cet objet et la Terre. Cette énergie se manifeste par la chute de l’objet.
Comme cette énergie dépend de l’altitude de l’objet, elle dépend de sa position.
On dit que l’objet possède une énergie de position que l’on note Ep.
Lorsque l’on éloigne un objet du sol, son énergie de position augmente, par conséquent, l’énergie de position dépend de l’altitude (ou hauteur) de l’objet ainsi que de sa masse.
Exemple 01 :
Dans un barrage hydraulique, l’eau est retenue à une certaine hauteur au-dessus de la centrale électrique.
L’ouverture du barrage entraine l’écoulement de l’eau dans un canal jusqu’à la turbine de la centrale.
S’il n’y avait pas de différence de hauteur entre la centrale et le barrage alors l’eau ne coulerait pas et la centrale électrique ne fonctionnerait pas.
Exemple 02 :
Voici un cratère de météorite.
Quels sont les paramètres qui vont faire varier la taille des cratères ?
La taille des cratères dépend de la masse de la
météorite et de l’altitude à laquelle elle est tombée.
Conclusion :
Un corps possède une énergie qui dépend de son altitude et de son poids au voisinage de la Terre.
On associe donc à tout corps une énergie de position (Ep) qui augmente si son altitude et son poids sur Terre augmentent.
2. L’énergie de mouvement ou énergie cinétique
L’énergie cinétique (Ec) est l’énergie que possède un corps grâce à son mouvement.
Activité
1) On fait tomber deux boules de pétanque de même masse sur l’argile mais à des hauteurs différentes.
Cette énergie dépend de la vitesse de déplacement du corps :
Pourquoi les impacts sur l’argile sont-ils différents ?
2) On fait tomber deux boules de pétanque de masses différentes sur l’argile. mA > mB
Pourquoi les impacts sur l’argile sont-ils différents ?
Dans les deux cas précédents, après l’impact, les énergies cinétiques existent-elles encore ?
Que sont-elles devenues ?
Tout de suite après l’impact, les boules de pétanque n’ont plus de vitesse, donc leur énergie cinétique devient nulle.
L’énergie cinétique des boules de pétanque a été convertie en énergie de déformation.
La relation donnant l’énergie cinétique d’un solide en translation (mouvement rectiligne) est :
Avec Ec en joule (J), masse m en kg et la vitesse v en m/s.
3. L’énergie mécanique :
L’énergie mécanique d’un corps (Em) est la somme de son énergie de position et de son énergie cinétique :
Exemple 1 : Un objet qui tombe sur Terre acquiert de l’énergie au cours de sa chute. Plus il tombera de haut, plus il aura de vitesse et plus l’impact sur Terre sera violent. Voir à ce sujet les grêlons du 25 mai 2009. Avec 10 cm de diamètre, assimilés à une sphère de rayon 5 cm on obtient un volume de 500 : 3eme Secondaire soit près de 500g de glace. Ils ont alors suffisamment d’énergie pour casser des pare-brise feuilletés, des tuiles, transpercer des plaque de fibrociment.
Exemple 2 : La chute d’eau d’un barrage. L’eau est immobile dans un réservoir mais après sa chute elle acquiert une énergie considérable qui va permettre à une turbine de tourner et de fabriquer de l’électricité. L’eau possède une énergie de vitesse en bas du barrage appelée aussi énergie cinétique mais quelle est l’énergie qui s’est transformée en énergie cinétique ?
L’énergie que possède l’eau au départ est une énergie liée à sa hauteur, on l’appelle aussi énergie de position. Au cours de sa chute l’énergie de position est convertie en énergie cinétique. L’énergie de position diminue tandis que l’énergie cinétique augmente. La somme de ces deux énergies est appelée énergie mécanique et elle reste constante.
4. Pourquoi la vitesse est-elle dangereuse ? La vitesse est dangereuse car la distance de freinage dépend directement de cette vitesse mais au carré. Ainsi en doublant ma vitesse, je multiplie par 4 ma distance de freinage d’où le danger lié à la vitesse. C’est parque la distance de freinage est proportionnelle à l’énergie cinétique.
Conclusion :
Un objet au voisinage de la Terre, comme une goutte d’eau, possède une énergie de position Ep due à son poids (action gravitationnelle de la Terre sur cet objet). L’énergie de position de l’objet diminue quand son altitude diminue. Un objet en mouvement, comme une goutte d’une chute d’eau, possède une énergie de mouvement : l’énergie cinétique Ec. Cette énergie cinétique augmente quand la vitesse de l’objet augmente. On appelle énergie mécanique Em d’un objet, la somme de l’énergie de position et de l’énergie cinétique de cet objet. Si un corps n’est soumis à aucune autre action que son poids (pas de frottements par exemple), alors son énergie mécanique se conserve. Cela implique que toute diminution de l’énergie de position est compensée par une augmentation de l’énergie cinétique et inversement.
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