• Connaître et utiliser l’expression de l’énergie cinétique d’un solide en translation et de l’énergie potentielle de pesanteur d’un
solide au voisinage de la Terre.
• Réaliser et exploiter un enregistrement pour étudier l’évolution de l’énergie cinétique, de l’énergie potentielle et de l’énergie
mécanique d’un système au cours d’un mouvement.
• Connaître diverses formes d’énergie.
• Exploiter le principe de conservation de l’énergie dans des situations mettant en jeu différentes formes d’énergie.
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Principe de conservation de l’énergie - cours
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Contenu du cours Principe de conservation de l’énergie Physique et chimies
I. L'énergie potentielle
I.1 Définition
L'énergie potentielle est une énergie dont dispose un corps du fait de sa forme ou de sa position dans un champ.
Exemples :
• Energie potentielle de pesanteur -> champ de pesanteur
• Energie potentielle électrique -> champ électrique
• Energie potentielle élastique -> déformation d'un objet
I.2 L'énergie potentielle de pesanteur
L'énergie potentielle de pesanteur :
L'énergie potentielle de pesanteur EPP d'un corps de masse m et d'altitude z est définie par la relation :
II. L'énergie cinétique
II.1 Analyses d'impacts
L'énergie cinétique est une énergie liée au mouvement d'un objet.
II.2 Définition
L'énergie cinétique :
L'énergie cinétique EC d'un corps de masse m se déplaçant à la vitesse v est donnée par la relation :
III. Conservation de l'énergie
III.1 Principe de la conservation
« En toute rigueur, l’énergie d’un système isolé demeurant constante au cours du temps, il est
impropre de parler comme on le fait trop souvent de « production » ou de « consommation »
d’énergie, comme si l’énergie pouvait émerger du néant ou y disparaître. Dans tous les cas, il
ne s’agit jamais que de changement de la forme que prend l’énergie, ou de transfert d’énergie
d’un système à un autre.
Par exemple, « produire » de l’énergie électrique dans une centrale hydroélectrique signifie
transformer l’énergie potentielle de l’eau du barrage en énergie cinétique de cette eau dans
les conduites, puis transférer cette énergie cinétique aux turbines et au rotor des alternateurs,
qui en définitive la transforment en énergie électrique. La viscosité de l’eau, les frottements et
l’effet Joule soustraient de ce flux une faible partie, transformée en chaleur.
Et « consommer » de l’énergie électrique pour faire fonctionner un téléviseur, cela n’est jamais que la transformer en énergie
lumineuse émise par l’écran, en énergie acoustique diffusée dans l’air ambiant et surtout en chaleur inutile. [...]
Les technologies de l’énergie visent à contrôler ses divers processus de transformation, afin de réduire la part des formes
d’énergie inutiles face à la forme d’énergie que l’on souhaite en définitive extraire. Le premier principe de la
thermodynamique limite drastiquement les possibilités, puisque la conservation de l’énergie impose que les bilans soient
équilibrés. [...] Finalement, parler de l’énergie en physique, c’est parler... de toute la physique. »
Principe de conservation :
L'énergie d'un système isolé ne peut ni être créée ni être détruite. Elle peut changer de nature mais se conserve toujours.
III.2 Conservation de l'énergie mécanique
L'énergie mécanique :
L'énergie mécanique Em d'un corps est égale à la somme de son énergie cinétique et de son énergie potentielle :
Em = EC + EP
Expériences :
On se propose à présent de rechercher les conditions nécessaires pour que l'énergie mécanique d'un système se conserve.
Pour ce faire, on étudie le mouvement de chute de deux objets grâce à un dispositif permettant de connaître à intervalle de temps régulier la vitesse et la position de ces objets durant leur chute.
Définition :
Un corps est dit "en chute libre" s'il n'est soumis qu'à son poids.
Conclusions :
• Si l'énergie mécanique d'un système se conserve alors sa variation ∆Em est nulle : = ⇔ ∆ = 0 m Em E cste
• En cas de force de frottement l'énergie mécanique d'un système ne se conserve pas : ∆ ≠ 0 Em