Travail et énergie potentielle de pesanteur – Énergie mécanique – Cours

Travail et énergie potentielle de pesanteur – Énergie mécanique – Cours

Résumé et Points Clés

Titre : Travail et énergie potentielle de pesanteur – Énergie mécanique

Ce cours aborde l’énergie potentielle de pesanteur et l’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, où m est la masse (kg), g l’intensité de pesanteur (N/kg), et z l’altitude (m). L’unité SI est le joule (J). C est une constante liée à l’état de référence.
  • État de référence : Choisi arbitrairement pour avoir Epp = 0. Si on le prend à z0, l’expression devient 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 (Epp) : Em = Ec + Epp.
  • Conservation :
    • Dans le cas d’une chute libre (solide soumis uniquement à son poids), l’énergie mécanique se conserve : Em = constante. Le poids est une force conservative.
    • Si le système est soumis à d’autres forces mais que le travail des forces non conservatives est nul (ex: frottements négligeables), l’énergie mécanique se conserve également.
  • Non-Conservation : En présence de forces de frottement (forces non conservatives), l’énergie mécanique ne se conserve pas. Sa variation est égale au travail des forces de frottement : ΔEm = WA→B(f) < 0. Cette énergie est dissipée, souvent sous forme de chaleur.

Conseils pour les examens :

  • Maîtrisez les expressions de Epp et Em.
  • Identifiez toujours clairement l’état de référence (z0) pour Epp.
  • Pour déterminer si Em se conserve, analysez les forces en présence : elle se conserve si seules les forces conservatives travaillent, ou si le travail des forces non conservatives est nul.
  • La relation ΔEm = Wforces non conservatives est un outil clé pour résoudre les problèmes avec frottement.
  • Entraînez-vous sur des exercices types comme le mouvement sur un plan incliné avec et sans frottement.