Définition
Énergie
Capacité d'un système à effectuer un travail ou provoquer un changement. Elle est mesurée en joules (J).
Travail
Produit de la force appliquée et du déplacement dans la direction de la force, mesuré en joules (J).
Puissance
Quantité d'énergie transférée ou convertie par unité de temps, mesurée en watts (W).
Énergie cinétique
Énergie que possède un objet en raison de son mouvement, calculée par la formule: E_k = 1/2 mv².
Énergie potentielle
Énergie emmagasinée par un objet en raison de sa position ou de sa configuration. En gravitation: E_p = mgh.
Les Principes de la Mécanique
La mécanique est la branche de la physique qui étudie le mouvement des corps sous l'action des forces, ainsi que l'équilibre des systèmes de forces. Elle se divise en plusieurs branches dont la cinématique, qui s'intéresse à la description du mouvement sans égard aux causes, et la dynamique qui analyse les forces en relation avec le mouvement.
Cinétique et Statique
En mécanique, la cinétique traite de l'analyse du mouvement et des forces en jeu, tandis que la statique se concentre sur l'étude des systèmes en équilibre. La cinétique applique les lois de Newton pour comprendre comment varie le mouvement d'un système sous une force appliquée. La statique, quant à elle, cherche à comprendre comment les forces se compensent pour maintenir un objet ou un système en équilibre.
Travail et Énergie en Mécanique
Le lien entre travail et énergie est fondamental en mécanique. Le travail effectué par une force sur un objet est équivalent à la variation de l'énergie de cet objet. Ainsi, en appliquant une force sur un objet pour le déplacer, nous effectuons du travail qui se traduit par un gain d'énergie cinétique de l'objet. Ceci s'exprime par le théorème travail-énergie : W = ΔE_c.
Énergie Potentielle et Forces Conservatrices
L'énergie potentielle est l'énergie que possède un système en raison de sa position dans un champ de force, comme le champ gravitationnel ou électrostatique. Les forces qui donnent lieu à l'énergie potentielle sont dites conservatrices, car elles conservent l'énergie mécanique totale du système. La force gravitationnelle et la force élastique sont des exemples de forces conservatrices.
Conservation de l'Énergie
Le principe de conservation de l'énergie énonce que dans un système fermé, en absence de forces non conservatrices, l'énergie mécanique totale reste constante. Cela signifie que la somme de l'énergie cinétique et de l'énergie potentielle ne change pas au cours du temps. Par exemple, un pendule oscille en échangeant continuellement de l'énergie cinétique et potentielle, mais la somme de ces énergies demeure constante en l'absence de frottement.
A retenir :
En mécanique, l'énergie se manifeste principalement sous forme cinétique et potentielle, définissant le mouvement et la position des objets respectivement. Les forces jouent un rôle crucial, affectant l'énergie et le mouvement des corps selon les lois de Newton. La conservation de l'énergie est un concept central, stipulant qu'en l'absence de forces non conservatrices, l'énergie totale d'un système reste constante. Comprendre ces principes permet d'analyser divers phénomènes mécaniques et d'appliquer des solutions pratiques à des problèmes réels en physique.
