l`energie mecanique - Sciences physiques - STI2D

L’ENERGIE MECANIQUE
1 STI2D – TRANSPORT 2
Arrêt d’urgence !
Un objet en mouvement possède t-il
de l’énergie?
1. Quel est le rôle du bac à sable?
2. Le poids lourd en mouvement de
translation dont le moteur est
coupé et dont les freins ont lâché
possède-t-il de l’énergie?
3. De quoi dépend la déformation
observée dans le bac à sable?
I. Energie cinétique d’un solide en
translation
• L’énergie cinétique est une énergie associée
au mouvement d’un solide.
• Un solide de masse m animé d’un mouvement
de translation à la vitesse v possède une
énergie cinétique :
avec
Ec : énergie cinétique en joules (J)
m : masse du solide en kg
v : vitesse du solide en m.s-1
Application
Ça se discute?
1. Expliquer en quelques lignes ce qui
perturbe Parousky. Vous pourrez illustrer cette
problématique par l’exemple de la nacelle des
nettoyeurs de vitres.
La nacelle de ces nettoyeurs de vitres
est suspendue et immobile à une
hauteur de 100 mètres du sol.
Possède-telle de l’énergie?
2. Quelle affirmation erronée commet-il dans
ses propos?
3. Quelle explication pourriez-vous lui donner
pour l’aider?
Réponse d’un internaute :
II. Energie potentielle
a. Energie potentielle de pesanteur
• L’énergie potentielle est une énergie qui ne dépend
pas du mouvement d’un solide. C’est une énergie
potentiellement restituable au solide sous forme
d’énergie cinétique.
• Au voisinage de la Terre, l’énergie potentielle de
pesanteur Ep d’un solide de masse m est définie par :
• Ep = m.g.h
Epp : énergie potentielle de pesanteur (J).
m : masse du solide (kg)
h : altitude du centre de d’inertie du solide (m)
g : valeur de la pesanteur (N.kg-1)
• Ep est choisie égale à zéro au niveau du sol
(h=0).
• L’énergie potentielle de pesanteur augmente
avec l’altitude.
b. énergie potentielle élastique
L’énergie potentielle élastique Ep d’un ressort
est définie par :
Ep : énergie potentielle élastique (J)
k : constante de raideur du ressort (N/m)
x : allongement ou compression du ressort (m)
Energie potentielle élastique
La nitroglycérine est un composé chimique
liquide dense, incolore et explosif. Elle est
utilisée dans la fabrication d’explosifs et plus
particulièrement de la dynamite, dont on se
sert dans les industries de la construction et de
la démolition. C'est une matière très sensible à
la friction, aux chocs, aux élévations de
température.
Lorsque le camion de Mario rencontre un
obstacle, son véhicule subit un
ralentissement. Expliquer en terme
d’échange d’énergie le rôle des
suspensions du camion.
Les amortisseurs du
véhicule sont équipés
d’un ressort de
raideur k
TD : Comment doper sa voiture?
III. Energie cinétique d’un solide en rotation
L’énergie cinétique Ec d’un solide de masse m en
mouvement de rotation de vitesse ω est définie par :
Ec: en Joules (J)
ω: en (rad.s-1)
J: en (kg.m2)
Le moment d’inertie J est une grandeur traduisant la
capacité du solide à poursuivre son mouvement de rotation
après l’arrêt de la force d’entraînement.
La valeur du moment d’inertie dépend de la masse du
solide et de sa forme (répartition de masse).
Application :
Le document vidéo suivant vous embarque sur une
montagne russe. Accrochez vos ceintures!
1. Que peut-on dire
sur l’énergie
potentielle et sur
l’énergie cinétique
du wagon au cours
de son parcours?
On souhaite
analyser les
variations de vitesse
du wagon en terme
d’échange entre
énergie cinétique et
énergie potentielle.
2. Proposer une découpe
judicieuse du parcours.
3. Pour chaque portion, décrire
l’évolution de la vitesse, analyser
l’évolution de la vitesse en termes
d’échanges entre énergie cinétique
et énergie potentielle.
Au sommet, la vitesse du wagon est pratiquement
nulle, son énergie cinétique également.
L’énergie potentielle de pesanteur est alors
maximale.
Lors de la descente (l’altitude h diminue), le wagon
convertit progressivement son énergie potentielle
de pesanteur en énergie cinétique : sa vitesse
augmente.
Au bas du parcours, la vitesse du wagon sera
maximale, son énergie cinétique également.
L’énergie potentielle de pesanteur est alors
minimale.
IV. L’énergie mécanique
L’énergie mécanique d’un solide est la somme
de son énergie potentielle et de son énergie
cinétique :
Em = Ec + Ep
a. Echanges d’énergie
Au cours du mouvement d’un solide et en
l’absence de frottements, les énergies cinétique
et potentielle s’échange de façon à garder
l’énergie mécanique constante. Les variations de
vitesse su solide observées correspondent à cet
échange.
energie_potentielle_cinetique_mecanique.swf
Activité : Kingda Ka contre
Millennium Force
Activité : Kingda Ka contre
Millennium Force
b) Conservation de l’énergie mécanique
En l’absence de frottement, l’énergie mécanique d’un solide est
constante. On dit qu’elle se conserve.
Em = Ec + Ep = constante en l’absence de frottements
C) Non conservation de l’énergie mécanique
En présence de frottements, l’énergie mécanique d’un solide
diminue au cours du temps. Il n’y a pas conservation de l’énergie
mécanique.
L’énergie perdue est transférée à l’extérieur du solide sous forme de
chaleur.
• La puissance mécanique moyenne PM perdue par le solide est
définie par :
Avec
• PM : puissance moyenne perdue en Watt
• Em1 : Energie mécanique du solide à l’instant t1, en joules
• Em2 : Energie mécanique du solide à l’instant t2, en joules
• t2-t1 : durée en secondes
TD – la mécanique a de l’énergie !