Définition de l'énergie mécanique
L’énergie mécanique est somme de l’énergie cinétique et de l'énergie potentielle:
| \({E_m} = {E_C} + {E_P}\) |
Conservation de l’énergie mécanique:
L'énergie mécanique se conserve s'iln'y a pas formation de chaleur (frottements).
Entre deux instants, si l'on ne fournit pas d'énergie au système (action motrice d'un moteur par exemple) ou si l'énergie n'est pas consommée pour une action particulière (rotation d'une turbine par exemple) ou perdue (sous forme d'énergie thermique dans des frottements par exemple) alors l'énergie mécanique se conserve.
Quand l'énergie potentielle augmente (gain de hauteur) l'énergie cinétique diminue (baisse de vitesse) et vice versa.
Un système est énergétiquement isolé s’il n’échange aucune énergie avec le milieu extérieur.
L’énergie mécanique totale d’un système énergétiquement isolé reste constante au cours du temps.
la variation d'énergie mécanique est nulle : \(\Delta {E_M} = 0\)
soit \(E_C + E_P = C^{te} \)
Donc si le système passe par les points 1 et 2 de l'espace, la somme des énergies cinétique et potentielle au point 1 sont égales à la somme au point 2.
\(E_{C1} + E_{P1} = E_{C2} + E_{P2} = C^{te} \)
ce qui peut encore s’écrire :
\(\Delta {E_C} = - \Delta {E_P}\)
Où l'on voit que chaque fluctuation (variation) de l'énergie cinétique est donc compensée par la variation inverse de l'énergie potentielle.
Remarque : on ne parle plus ici de solide mais d’un système par exemple « grue + charge à soulever + Terre». Le système « Terre + charge à soulever » n’est pas énergétiquement isolé car il reçoit du travail de la part du moteur de la grue.
Exemples:
- Un objet lors d'une chute part d'une énergie potentielle donnée et la convertit au cours de sa chute en énergie cinétique, mais la somme des deux reste constante.
- Un ressort peut libérer son énergie potentielle et la transmettre sous forme de vitesse et éventuellement sous forme d'un gain d'énergie potentielle de pesanteur si le solide gagne de la hauteur.
- Lors de la chute d'une balle, si celle-ci ne rebondit pas à la même hauteur que celle du lâcher, c'est qu'une partie de l'énergie mécanique a été transformée en énergie thermique par exemple (frottements sur l'air et/ou déformation et échauffement de la balle lors du rebond)
Dissipation de l'énergie mécanique:
Si de l'énergie mécanique disparait, c'est qu'elle s'est transformée sous une forme en général un échauffement du à un frottement ou un freinage ou une déformation lors d'un choc.
Si de l'énergie mécanique apparait, c'est qu'un générateur en a fourni: moteur de voiture, muscle du cycliste...
QCM
Vidéo
Conservation de l'énergie mécanique: When a physics teacher knows his stuff !!. (3'18") https://www.youtube.com/watch?v=7FfKaIgArJ8
