Transcript physique8 Travail, Energie, Puissance

Travail, Energie, Puissance
LE TRANSFERT D'ÉNERGIE
En termes très généraux, l'énergie décrit l'état d'un système sous l'action des
quatre forces fondamentales. Elle est une propriété de toute matière et elle est
observée indirectement par des variations de vitesse, de masse, de position et ainsi
de suite. Il n'y a aucun compteur d'énergie universel, capable de mesurer l'énergie
directement. La variation de l'énergie d'un système, qui est tout ce que nous
pouvons déterminer expérimentalement, est une mesure du changement physique
dans ce système. La force est l’agent du changement et l'énergie est une mesure du
changement. Parce qu'un système peut changer de manières différentes sous
l'action de forces différentes, il y a plusieurs manifestations distinctes de l'énergie.
• énergie électrique produite et distribuée par les sociétés d'électricité.
• énergie chimique de la nourriture pour vivre et des carburants pour nos besoins
domestiques et de transport.
• énergie élastique des ressorts.
• énergie gravitationnelle des grelons qui tombent.
• Nous nous chauffons et nous faisons la cuisine avec de l'énergie thermique.
• Le Soleil inonde la Terre de son énergie de rayonnement.
La propriété la plus importante de l'énergie est qu'elle est
transférée d'un domaine d'interaction à un autre, de façon
que l'énergie totale reste inchangée.
Ainsi l'énergie thermique peut être transformée en énergie électrique, une partie de
celle-ci peut être transformée en lumière, puis de nouveau en énergie thermique;
mais la quantité d'énergie totale reste constante.
Nous dirons que l’énergie est conservée
L’énergie est un scalaire, elle a seulement une valeur
Le travail est
la variation de l’énergie d’un système,
due à l’application d’une force,
agissant sur une distance.
Un travail peut être effectué pour
vaincre une force de pesanteur, de
frottement ou encore d’inertie
'Travail le long d'une droite
Commençons par le cas le plus simple d'une masse ponctuelle ou, ce qui est
équivalent, d'un objet fini et parfaitement rigide, qui se déplace comme une masse
ponctuelle concentrée en son centre de masse. De la sorte, on évite les
complications que présentent les corps déformables. La Figure 9.1 montre une force
externe constante (F) exercée sur un objet rigide, le déplaçant sur une distance
horizontale (l). La force appliquée est parallèle à la trajectoire rectiligne du
mouvement. Dans ce cas, une définition préliminaire du travail (W) est:
W = F x I (9.1)
Dans cette situation très particulière, la distance sur laquelle la force agit (l) est
égale au module du déplacement (s); ceci ne sera pas le cas, en général.
Tant que le corps se déplace le long de la ligne d'action de la force et que celle-ci agit
sur lui, un travail est effectué. Ici F est parallèle à la direction du mouvement; elle
accélère le mouvement et elle effectue un travail positif sur l'objet. Dans le cas où F est
antiparallèle à la direction du mouvement, elle s'oppose au mouvement et elle
effectue un travail négatif sur l'objet.
L'unité SI de travail est le newton-mètre. Pour simplifier et en honneur à J. P. Joule,
le travail effectué par une force de 1 newton en déplaçant un corps de 1 mètre est
appelé un joule (1J), ou:
1 J = 1 N.m
Donc, si 1a force de la Fig. 9.1 est de 20 N et le déplacement est de 2,0 m, le travail
effectué sur le corps est de 40 N.m, ou 40 J
Un travail positif est effectué sur un objet quand le
point d’application se déplace dans le même sens
que la force.
Si l’objet soumis à la force ne se déplace pas, la
force ne fournit aucun travail!
Si le déplacement n’est pas rectiligne:
Puissance
Puissance
travail effectué
= -------------------------------intervalle de temps
Plus généralement, la puissance est la cadence à laquelle l’énergie est transformée
d’une forme à une autre, ou transférée d’un système à un autre. Un moteur, qui exécute
la même quantité de travail qu'un autre mais en moitié moins de temps est deux fois
plus puissant. Si l'intervalle de temps est fini, nous parlons du puissance moyenne, ou :
Pm = DW / Dt
(9.8)
Pour exprimer la variation de la puissance avec le temps, on définit la puissance
instantanée, comme la limite de ce rapport lorsque l'intervalle de temps tend vers zéro :
P = LimDt->0 [DW / Dt ] = dW / dt
(9.9)
Dans le système métrique, le cheval-vapeur (ch), défini à partir d'autres unités
démodées, vaut 736 W.
Dans le système SI, l’unité de puissance est le watt (W), égal à un travail de 1 J
effectué en 1 seconde:
1 W = 1 J/s.
Cette unité est familière, parce que la puissance de presque topus nos
appareil est exprimée en Watts
Energie cinétique
Énergie cinétique = énergie associée au mouvement
W=Fxl
F=mxa
W=mxaxl
Or v2 = v02 + 2a x l
donc a x l = (v02 - v2 )/2
Et m x a x l = ½ m x v02 – ½m x v2
W = ½ mDv2
Lorsque la vitesse double, l’énergie cinétique est quadruplée!
Energie potentielle
Energie potentielle = énergie liée à la position d’un objet dans un champ de
force (gravitationnelle dans notre cas)
Energie potentielle gravitationnelle à la surface de la Terre
Ep = m x g x Dh = m x g x (hf – hi)
Conservation de l’énergie mécanique
L’énergie mécanique est la somme de l’énergie
cinétique et de l’énergie potentielle gravitationnelle
d’un corps ou d’un système de corps liés
W = DEc + DEp
Exercices