Travail et énergie potentielle de pesanteur – Énergie mécanique – Cours
Résumé et Points Clés
Résumé : Travail et Énergie Potentielle de Pesanteur – Énergie Mécanique
I. Énergie Potentielle de Pesanteur (Epp)
- Définition : Énergie d’un solide due à sa position par rapport à la Terre (ex : eau d’un barrage).
- Expression : Epp = m.g.z + C, avec m (kg), g (N/kg), z (m) altitude. L’unité SI est le joule (J). C est une constante liée à l’état de référence.
- État de référence : Choisi arbitrairement, Epp = 0. Si on prend z0 comme référence : Epp = m.g.(z – z0). Si z0=0, alors Epp = m.g.z.
- Variation (ΔEpp) : Pour un déplacement de A à B, ΔEpp = – WA→B(P). La variation d’Epp est l’opposé du travail du poids.
II. Énergie Mécanique (Em)
- Définition : Somme de l’énergie cinétique (Ec) et de l’énergie potentielle de pesanteur : Em = Ec + Epp.
- Conservation :
- Dans le cas d’un système isolé (ex : chute libre, uniquement soumis au poids) ou soumis uniquement à des forces conservatives dont le travail est nul, l’énergie mécanique se conserve : Em(A) = Em(B). Le poids est une force conservative.
- Si des forces non conservatives (comme les frottements) agissent, l’énergie mécanique ne se conserve pas.
- Non-conservation : En présence de frottements, la variation d’énergie mécanique est égale au travail des forces de frottement : ΔEm = WA→B(f) < 0. Une partie de l'énergie mécanique est dissipée en chaleur.
Conseils pour les examens : Maîtrisez les expressions de Epp et Em. Identifiez toujours clairement l’état de référence (z0). Pour déterminer si Em se conserve, analysez les forces en présence : conservation si seules des forces conservatives travaillent (ou si le travail des forces non conservatives est nul). Utilisez le théorème de l’énergie cinétique (TEC) et la relation ΔEpp = – W(P) pour relier les variations d’énergie. Dans les exercices avec plans inclinés, pensez à décomposer les forces (poids, réaction, frottement).