physique newtonienne

Pages: 5 (1100 mots) Publié le: 30 juin 2014
Mémo de cours n°1
Notions de base en physique newtonienne
v1.0.1
CC-by-sa Olivier Cleynen – introméca.ariadacapo.net

1.1

Énergie

L’énergie est une notion bien trop difficile pour que nous nous risquions ici à la définir ou
à en étudier la nature. Nous nous contenterons de dire que dans le cadre de ce cours,elle
représente la capacité d’un corps à en mettre un autre en mouvement.Nous mesurons l’énergie en Joules (J).
L’énergie ne peut être ni créée, ni détruite. Nous ne pouvons que la transformer d’une
forme à une autre.

1.1.1

Énergie cinétique

L’énergie que possède un corps en mouvement est appelée énergie cinétique. Elle doit
lui être fournie pour le mettre en mouvement et retirée pour l’immobiliser.
Ec =

1
mC 2
2

(1/1)

où E c est l’énergiecinétique (J),
m la masse du corps (kg),
et C la vitesse (m s−1 ).

1.1.2

Énergie potentielle d’altitude

Dans un champ de gravité il faut de l’énergie pour éloigner un corps de sa source
d’attraction ; nous nommons cette énergie « potentielle d’altitude ». Lorsque le champ
est uniforme (par exemple dans un intervalle de quelques dizaines de kilomètres autour
du sol terrestre) elle estsimplement proportionnelle à l’altitude.
E p = mgz
1

(1/2)

où E p est l’énergie potentielle d’altitude (J),
m la masse du corps (kg),
où g est la valeur locale de l’accélération gravitationnelle (considérée constante) (m s−2 ),
et z l’altitude par rapport au point de référence (m).
L’énergie potentielle d’altitude sera négative en dessous du point de référence choisi
pour mesurerl’altitude.

1.1.3

Énergie mécanique

Énergie cinétique et potentielle d’altitude sont souvent rassemblées ensemble en un seul
terme, nommé « énergie mécanique » :
1
E m ≡ E c + E p = m ( C 2 + gz)
2

(1/3)

Lorsqu’un objet n’est pas soumis aux forces de frottement son énergie mécanique reste
constante.

1.1.4

Autres formes d’énergie

Il existe de multiples autres formes d’énergie (parexemple, énergie nucléaire, électrique,
potentielle de compression, chaleur), que nous n’étudierons pas dans ce cours.
Une dernière forme d’énergie importante en mécanique, le travail, est abordée plus bas
dans ce cours (§1.4).

1.2

Puissance

La puissance représente un débit d’énergie dans le temps. Son unité SI est le Joule par
seconde, c’est à dire le Watt :
1 W ≡ 1 J s−1

(1/4)D’autres unités sont souvent utilisées, comme le cheval-vapeur :
1ch. = 735 W
2

(1/5)

Nous dénoterons les puissances avec un point au dessus du symbole de l’énergie ; ainsi
˙
on note E une puissance (par exemple mécanique) apportant une énergie E chaque
seconde.
Dans le langage courant, le terme « puissance » est utilisé pour quantifier la puissance
maximale utile d’un système.1.3

Force

L’action que peut exercer un corps sur un autre est nommée force. Nous mesurons les
forces en Newton (N).
Une force que l’on retrouve souvent dans les applications en mécanique newtonienne
est le poids. Nous retiendrons qu’il est directement proportionnel à la masse, selon la
relation
P = mg

(1/6)

où P est le poids exercé sur le corps (N),
m est la masse du corps (kg)et g est la valeur locale de l’accélération due à la gravité (m s−2 ).
Une étude plus poussée révèle que la valeur de g dépend de l’altitude, et que sa valeur apparente (ressentie par le corps) dépend de l’accélération du corps. Ces facteurs
n’importent pas dans ce cours et nous retiendrons simplement la valeur g = 9,81 m s−2
pour toutes nos applications.

1.4

Travail

Le travail est uneforme d’énergie. Lorsque l’on applique une force F sur un objet, et
qu’il se déplace sur une distance d dans la même direction que la force F, on dépense
une quantité d’énergie W :
W ≡ Fd
où W est le travail (J),
F la force (N), et
3

(1/7)

d la distance sur laquelle la force F a été exercée (m).
Lorsque le déplacement est nul le travail est nul.
Seule la composante de la force...
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