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Fiche de physique






L'énergie cinétique

Expression de l'énergie cinétique

L'énergie cinétique d'un solide est l'énergie lié à la vitesse du solide sur une distance parcourue.
Si la vitesse est nulle, l'énergie cinétique est nulle.
L'énergie cinétique de translation d'un solide de masse constante M, dont le centre de gravité se déplace sur une droite avec une vitesse uniforme V est donnée par l'approximation newtonienne:
\boxed{E_c=\dfrac{1}{2}\text{MV}^2}
  • E_c : énergie cinétique (J)
  • \text{M} : masse du solide (kg)
  • \text{V} : vitesse du solide (m.s-1)


Théorème de l'énergie cinétique

La variation de l'énergie cinétique pour un solide ponctuel de masse m constante dans un référentiel galiléen, parcourant un chemin entre les points A et B est égale à la somme des travaux des forces (\overrightarrow{F}) appliqués au solide lors du déplacement.
\boxed{\Delta E_c=\dfrac{1}{2}\text{M}V_B^2-\dfrac{1}{2}\text{M}V_A^2=\sum W_{AB}(\overrightarrow{F})}
  • \Delta E_c : Variation de l'énergie cinétique (J)
  • \text{M} : masse du solide (kg)
  • \text{V} : vitesse du solide (m.s-1)
  • \sum W_{AB}(\overrightarrow{F}) : somme des travaux des forces appliquées au solide (J)



L'énergie potentielle de pesanteur

Expression de l'énergie potentielle

L'énergie potentielle de pesanteur d'un solide est l'énergie liée à l'altitude du solide.
Si l'altitude est nulle, l'énergie potentielle est nulle.
L'énergie potentielle d'un solide est donnée par la relation :
\boxed{E_p=\text{Mg}z_g=\text{P}z_g}
  • E_p : énergie potentielle (J)
  • \text{M} : masse du solide (kg)
  • \text{g} : intensité de la pesanteur terrestre en N.kg-1
  • \text{P} : poids du solide (N)
  • z_g : altitude du solide (m)


Variation de l'énergie potentielle

La variation de l'énergie potentielle entre 2 altitudes A et B est :
\boxed{\Delta E_p=\text{Mg}z_b-\text{Mg}z_a=\text{Mg}(z_b-z_a)}
  • \Delta E_p : variation de l'énergie potentielle (J)
  • E_p : énergie potentielle (J)
  • \text{M} : masse du solide (kg)
  • \text{g} : intensité de la pesanteur terrestre en N.kg-1
  • \text{P} : poids du solide (N)
  • z : altitude (m)


Si (z_b-z_a) > 0 alors \Delta E_p=-W_{AB}(\overrightarrow{P})
Si (z_b-z_a )< 0 alors \Delta E_p=W_{AB}(\overrightarrow{P})

L'énergie mécanique, lien entre énergie cinétique et énergie potentielle

Si toute les forces exercées sur un solide (sauf le poids) ne travaillent pas alors l'énergie mécanique est conservée.
L'énergie mécanique à un instant t est la somme de l'énergie cinétique et de l'énergie potentielle au même instant t.
\boxed{E_m=E_c+E_p}
  • E_m : énergie mécanique (J)
  • E_c : énergie cinétique (J)
  • E_p : énergie potentielle (J)

A tout instant t,
E_m=\text{cst}.

Si on lance une pierre vers le haut, la pierre va s'arrêter car sa vitesse sera nulle donc E_c=0
Alors E_m=E_c+E_p=0+E_p=E_p

La pierre redescend et au moment l'altitude de la pierre sera nulle, E_p=0
Alors E_m=E_c+E_p=E_c+0=E_c


L'énergie interne

L'effet d'un travail d'une force n'aboutit pas toujours à un déplacement du solide.
Le travail d'une force peut déformer un corps, modifier la pression, élever la température, provoquer une changement d'état physique.

L'énergie interne (U) d'un corps est la somme de toutes les énergies sous différentes formes qui sont liées à la structure microscopique de ce corps.

Tout corps qui stocke de l'énergie augmente son capital énergie et tout corps qui utilise son énergie baisse son capital énergie.

Le transfert thermique

Le transfert thermique est un mode de transfert d'énergie par contact.
* Si la température du corps augmente, son capital énergie augmente.
* Si la température du corps diminue, son capital énergie diminue.

La température peut varier sans ou avec apport de travail.

* Joule fit tourner des pales afin d'agiter de l'eau. Il remarqua que la température de l'eau augmente.
(Avec apport de travail)
* Si on chauffe de l'eau dans une casserole, il y aura élévation de température.
(Sans apport de travail)

Ce transfert d'énergie est appelé chaleur ou transfert thermique. (Q)

Le sens du transfert thermique s'effectue du corps à la température la plus élevé au corps à la température la moins élevé. Le transfert s'arrête quand les deux corps possèdent la même température.

Le rayonnement

Le rayonnement est un mode de transfert d'énergie qui ne nécessite pas de contact.
Le rayonnement est composé d'ondes électromagnétiques (principalement les ondes infrarouges).
Il suffit de placer un corps devant une source d'ondes électromagnétiques (telles que la lumière) de telle sorte qu'il les reçoive.
Un corps exposé à une source de lumière voit donc son énergie interne augmentée.

Le capital énergie

A tout système, on associe un capital énergie.
Le capital énergie (E), est la somme de son énergie cinétique, potentielle et interne.
\boxed{E=E_c+E_p+U}
  • E : capital énergie (J)
  • E_c : énergie cinétique (J)
  • E_p : énergie potentielle (J)
  • U : énergie interne (J)


Variations du capital énergie

* Si le capital énergie diminue, le système cède de l'énergie.
* Si le capital énergie augmente, le système récupère de l'énergie.



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