11H – MEP – Énergie mécanique

Posté le 17.09.2017 |


Objectifs:

  • Connaître le vocabulaire
  • Savoir
    • calculer un travail
    • distinguer un travail moteur d’un travail résistant
    • déterminer expérimentalement et/ou par calcul les travaux mis en jeu par:
      • un palan
      • un plan incliné
      • par un système d’engrenages
      • par des poulies entraînées par une courroie
      • par un treuil
    • calculer une énergie et une puissance mécanique
    • déterminer expérimentalement et/ou par calcul le rendement énergétique d’une machine simple
    • résoudre des problèmes faisant intervenir des machines simples

Théorie:

  • L’énergie cinétique

L’énergie cinétique est l’énergie d’un corps de masse donnée lorsqu’il se déplace, c’est-à-dire lorsque sa vitesse est non nulle.

Lorsqu’une balle tombe, elle possède une énergie due à sa vitesse et à sa masse. C’est l’énergie cinétique.

  • Le calcul de l’énergie cinétique

L’énergie cinétique dépend de la masse de l’objet et de la vitesse de celui-ci.

Deux balles lancées à la même vitesse n’ont pas le même impact si elles n’ont pas la même masse. Donc elles ne possèdent pas la même énergie.

Deux balles de même masse lancées à une vitesse différente n’ont pas le même impact. Elles ne possèdent pas la même énergie.

E_{cin}=\frac{1}{2}\times m \times v^{2}

  • L’énergie cinétique s’exprime en Joule (J).
  • La masse de l’objet s’exprime en kilogramme (kg).
  • La vitesse de l’objet s’exprime en mètre par seconde (m/s)

L’énergie d’un scooter de masse m = 100 kg avec une vitesse de 10 m/s a une énergie égale à :

E_{cin}=\frac{1}{2}\times 100 \times 10^{2}=5000 J

 

  • L’énergie potentielle de pesanteur

L’énergie potentielle est l’énergie d’un corps de masse donnée à une position donnée par rapport à à la surface de la Terre, due à l’action gravitationnelle exercée par la Terre.

Une balle immobile en hauteur est attirée par la Terre. Elle possède une énergie potentielle.

  • Le calcul de l’énergie potentielle de pesanteur

L’énergie potentielle de pesanteur dépend de la masse de sa position au-dessus de la surface de la Terre.

E_{pot}=m \times g \times h

  • L’énergie potentielle s’exprime en Joule (J).
  • La masse de l’objet s’exprime en kilogramme (kg).
  • La hauteur s’exprime en mètre (m)
  • g est la constante de gravitation terrestre (9,81 N/kg)

L’énergie potentielle d’un objet de 20 kg qui se trouve à 3 m au-dessus du sol vaut :

E_{pot}=20 \times 9,81 \times 3=588,6 J

  • L’énergie potentielle élastique

L’énergie potentielle élastique est l’énergie contenue dans un ressort lors d’une compression ou d’un étirement.

  • Le calcul de l’énergie potentielle élastique

L’énergie potentielle élastique dépend de la raideur du ressort et de son allongement ou de son étirement

 E_{pot}=\frac{1}{2} \times k \times \Delta l^{2}

  • L’énergie potentielle s’exprime en Joule (J).
  • La raideur du ressort en Newton par mètre (N/m).
  • La variation de longueur s’exprime en mètre (m)

 

  • L’énergie mécanique

L’énergie mécanique est la somme des énergies cinétique et potentielle.

E_{mec}= E_{cin} + E_{pot}

  • Le travail d’une force

On considère une force modélisant une action mécanique agissant sur un système quelconque. Sous l’effet de la force le système va se déplacer. Le travail d’une force traduit l’énergie que la force a dû fournir lors du déplacement du système d’une certaine distance dans une direction donnée.

ch2sec5-fig3-p79

Le travail W d’une force constante agissant sur une distance AB est donnée par la relation :

W_{F}=F \times AB \times cos \theta

Exercices faits en classe:

  • TE 19, 21, 22, 23, 24, 25, 32, 33, 34, 35, 36, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 46, 48
  • EP 97, 98, 99, 100, 101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108, 109, 110, 113, 114, 115, 117, 119, 120, 121, 122, 123, 124, 128, 129, 130, 131, 132, 133, 134, 135, 136, ex suppl. machines simples

Exercices distribués en classe :

divers exercices sur les machines simples : série 1 (+ corrigé)

Exercices supplémentaires :

« Prétest »: