Chapitre 15 : Un transfert d’énergie : le travail d’une force.

1. Chapitre 15 :Un transfert d’énergie : le travail d’une force.

2. Énergies • 1. Énergie cinétique Ec L’énergie cinétique Ec d’un solide de masse … Doc. 1 : Une voiture de m = 1000 kg se déplaçant à 36 km.h–1 à une énergie cinétique de Ec(1) = A 72 km.h–1, elle possède une énergie cinétique de Ec(2) = 0,5 x 1000 x (36 x 1000/3600)² = 50 000 J soit 50 kJ 0,5 x 1000 x (72 x 1000/3600)² = 200 000 J soit 200 kJ = 4 x Ec(1)

3. 1.2. Énergies potentielles Doc 2 : « L’énergie potentielle d’un système physique est l’énergie liée à une interaction, qui a (d’où son nom) le potentiel de se transformer en énergie cinétique. Elle peut être de nature diverse, suivant le système étudié et la force qui en est déduite : » Wikipédia (2013). D’où le tableau : P = m.g Epp = m.g.z Fe= │q │.E

4. 1.3. Énergie mécanique Em L’énergie mécanique Em d’un système est …

5. z en cm 80 t= 0,10 s 60 40 20 a = 15 ° 0 20 40 60 80 100 120 x en cm • 2) Un transfert d’énergie : le travail d’une force • 2.1. Activité sur un savon glissant Activité : Un savon de masse m = 0,220 kg glisse (sans frottements) sur un plan en faïence, incliné d’un angle a = 15° par rapport à l’horizontale. Il est lâché sans vitesse initiale.

6. Étude énergétique : Une analyse donne :

7. z en cm 80 60 40 20 a = 15 ° 0 20 40 60 80 100 120 x en cm On constate que : Epp Ec 0

8. Calculer DEpp et DEc entre les points G1 et G11. DEpp(G1G11) = 0,154 – 0,863 = - 0,709 J DEc(G1G11) = 0,709 – 0,000 = + 0,709 J Que constatez-vous ? DEpp = - DEc Remarque : D’où :

9. Ec (J) Epp (J) Em (J) 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 Doc. 3 : Ec, Epp et Em au cours du temps pour le « savon ». 0.2 0.4 0.6 0.8 1 t (s)

10. P R • Étude dynamique : • Le système étudié est { } dans le référentiel considéré comme . • Dessinez sur l’activité précédente, sans soucis d’échelle, les forces s’exerçant sur ce savon. savon galiléen terrestre z en cm 80 60 40 20 a = 15 ° 0 20 40 60 80 100 120 x en cm • Quelles sont les forces « ayant une influence sur le mouvement » ?

11. R P • Il est commode de définir les axes x’ et z’ tel que x’ est la direction et le sens du mouvement. Dessiner ces axes sur la figure précédente. Quelle projection (composante) du poids selon les axes x’ et z’ a une influence sur le mouvement ? z en cm z’ 80 60 40 20 x’ a = 15 ° 0 20 40 60 80 100 120 x en cm

12. R P • Calculer, entre les points G1 et G11 la valeur du produit de cette composante par la distance parcourue. P.sina.d(G1G11) = 0,220 x 9.81 x sin15 x racine((1,226 – 0,000)² - (0,071 – 0,400)²) P.sina.d(G1G11) = 0,709 N.m Que constatez-vous ? z en cm z’ 80 60 40 20 x’ a = 15 ° 0 20 40 60 80 100 120 x en cm

13. W( P ) z en cm 80 60 40 20 a = 15 ° 0 20 40 60 80 100 120 x en cm Epp Ec 0

14. F F AB M M F est une force constante car • 2.2. Travail d’une force constante a a A B Son point d’application (M) se déplace de A à B Doc. 4 : Travail d’une force constante Pour une force constante ( … Le travail d’une force est donc … D’où …

15. n’a pas d’effet sur A choisir : favorise ; s’oppose ; n’a pas d’effet sur 0 ≤ a < 90° a = 90° 90° < a ≤ 180° favorise La force le déplacement. s’oppose La force le déplacement. La force le déplacement.

16. n’a pas d’effet sur Le travail de F est dit Le travail de F est dit Le travail de F est A choisir : nul ; résistant ; moteur 0 ≤ a < 90° a = 90° 90° < a ≤ 180° favorise La force le déplacement. s’oppose La force le déplacement. La force le déplacement. moteur résistant nul

17. n’a pas d’effet sur Le travail de F est dit Le travail de F est dit Le travail de F est WAB(F) WAB(F) WAB(F) A choisir : > 0; < 0 ; = 0 0 ≤ a < 90° a = 90° 90° < a ≤ 180° favorise La force le déplacement. s’oppose La force le déplacement. La force le déplacement. moteur résistant nul > 0 < 0 = 0

18. D’où

19. F F AB M M a A B Le travail d’une force constante est indépendant …

20. P g AB • 2.3. Travail du poids z A zA a B zB Si zA > zB alors … Doc. 6 : travail du poids.

21. P g AB • 2.3. Travail du poids z B zB A zA Si zB > zA alors … Doc. 6 : travail du poids.

22. W( P ) Doc. 7 : Transfert d’énergie pour le pendule simple. z (m) Epp Ec x (m) 0

23. W( P ) Doc. 7 : Transfert d’énergie pour le pendule simple. z (m) Epp Ec x (m) 0

24. W( P ) Doc. 7 : Transfert d’énergie pour le pendule simple. z (m) Epp Ec x (m) 0

25. W( P ) Doc. 7 : Transfert d’énergie pour le pendule simple. z (m) Epp Ec x (m) 0

26. E Fe • 2.4. Travail d’une force électrique constante • 2.4. Travail d’une force électrique constante UAB > 0 + + + + + + + - - - - - - - A q > 0 B On a alors … On a alors …

27. f AB • 2.5. Travail d’une force de frottement pour un mouvement rectiligne A B On a alors … Cette force de frottement s’… Ce travail dépend …

29. Ec (J) Epp (J) Em (J) Em = Ec+Epp 0.8 0.7 0.6 0.5 Epp = mgz 0.4 0.3 0.2 Ec = 0.5mvz 0.1 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 t (s) • 3) Force conservative ou non-conservative Lorsqu’il n’y a que des forces conservatives qui s’exercent … Exemple : … et … sont des forces conservatives Doc. 10 : Non-conservation de l’énergie mécanique pour la chute d’une balle de polystyrène. Exemple : … ne sont pas des forces conservatives (non-conservatives).

30. Remarque : Une force conservative n’est pas forcement … Pour une force conservative, on a : … Une énergie potentielle n’est définie que pour … On ne définit donc pas d’énergie potentielle … On a alors …

31. W( P ) W( f ) Avec frottements Ec Epp 1/2.m.v(0)² m.g.zS 1/2.m.vS² = Q figure 7. EXTERIEUR.