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Principe de conservation de l'énergie

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I Sous quelles formes existe l'énergie ?

1) Diverses formes d'énergie

-L'énergie est une propriété de la matière

-Elle décrit l'état d'un système qui subit une ou plusieurs interactions fondamentales

REMARQUE: on ne peut pas mesurer directement l'énergie

->On peut la voir avec les variations de température, masse,vitesse...

-On n'associe une forme d'énergie aux interactions fondamentales

Interaction gravitationnelle: Énergie potentielle de pesanteur

Interaction électromagnétique: Énergie électrique, énergie chimique

Interaction forte ou faible: Énergie nucléaire

->Les interactions fondamentales

-Un système possède une énergie cinétique quand il est mis en mouvement

Voir: Les piles à axydoréduction

->Les interactions fondamentales s peuvent mettre en mouvement un système

2) L'énergie liée à la vitesse

-Un solide en mouvement dans un plan possède l'énergie cinétique

->Elle est proportionnelle à la masse de l'objet et à sa vitesse

Énergie cinétique d'un solide en translation

Ec = 1/2*m*v²

->Ec en joules, m en Kg, v en m.s-1

=>La vitesse est prédominante par rapport à la masse

REMARQUE: l'énergie cinétique est toujours ≥0

3)L'énergie liée à l'altitude

-Un solide masse m est attiré vers le sol par son poids

P = m.g

->g: constante universel de gravitation

Ep: énergie potentielle de pesanteur

->Énergie que possède un solide du fait de son altitude à la terre

=>Plus le solide est haut, plus son énergie potentielle de pesanteur est élevée

On a: Ep = m*g*z

z: en m, g: constante universelle de gravitation, m: masse de l'objet en kg

->Ep en joule

On prend comme repère un axe Oz orienté vers le haut en m

->Hauteur minimum: z=0, donc Ep est toujours ≥0

REMARQUE: z correspond à la hauteur du centre d'inertie de l'objet

II Comment exploiter le principe de la conservation de l'énergie ?

1) Principe de la conservation de l'énergie

-L'énergie d'un système isolé ne peut être ni détruite ni créée

->L'énergie se conserve

-L'énergie peut être transférée d'une partie du système à une autre et/ou changer de forme( chaleur,vitesse...)

->L'énergie peut aussi passer d'un système à un autre

2) Cas de la chute libre

-Dans ce cas, on néglige les frottements

=> L'objet n'est soumis qu'à la force de son poids

->L'influence des frottements est trop faible

Dans ce modèle:

Énergie potentielle de pesanteur + Énergie cinétique = Énergie mécanique = constante

->Em = Ep+Ec, l'énergie mécanique est constante

La différence d'énergie mécanique du début et de la fin de la chute est nulle

->Em(f)-Em(i) = 0 (ou ΔEm = 0)

=>L'énergie mécanique se conserve

-On a donc: ΔEc - ΔEp = 0

Avec Δ= final-initiale

=> L'énergie potentielle de pesanteur diminue autant que l'énergie cinétique augmente

-Comme le poids reste le même, on peut dire que l'énergie potentielle de pesanteur se transforme en vitesse et augmente celle du système

3) Application à la chute avec frottement

-Un solide en chute dans un fluide (air, eau...) subit des frottements

-Les frottements font diminuer l'énergie mécanique

->Cette énergie est transférée en dehors du système

Exemple: la chaleur d'une capsule spatiale qui rentre dans l'atmosphère augmente très fortement, due aux frottements

Une part de l'énergie mécanique d'un solide qui subit des frottements est soit:

-Transférée à un autre système

-Transformée en une autre forme

-

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