P6 - Forces, travail et énergie - Travail et énergie cinétique

Introduction
Comme on l'a vu grâce au lâché d'une balle de tennis, le travail peut être transformé en une autre énergie : l'énergie cinétique !

Énergie cinétique d’un solide en translation
Un objet en mouvement possède une énergie due à sa vitesse. On appelle cette énergie, l’énergie cinétique, elle caractérise l’état de mouvement du solide.

Ec : énergie cinétique en joules (J) m : masse du solide en kg v : vitesse du solide en m.s-1
DéfinitionUn solide de masse « m » animé d’un mouvement de translation à la vitesse v possède une énergie cinétique telle que :

Ec = ½ mv²

Exercice 6 p. 101 |

Lien entre l’énergie cinétique et le travail des forces extérieures

Expérience de chute libre
Lors de l'étude de la chute de la balle de tennis de masse m = 55 g, on a constaté que le travail du poids était exactement égale à l'énergie cinétique.

WP = mgDz
WP = mg(0-Z) = -mgZ

Comme l'altitude est négative (étant donné l'orientation du repère orthonormé), on trouve bien un travail positif. Le travail du poids est moteur dans le cas de la chute (WP > 0).

L'énergie cinétique vaut :
Ec = ½ mv²

Puisque le travail et l'énergie cinétique son égaux, on peut écrire que : Ec = WP
Soit : mgDz = ½ mv²
Ou : v² = 2gDz

Conclusion :
La vitesse acquise par l'objet qui chute ne dépend pas de sa masse lorsque l'on néglige les frottements ! C'est quelque chose que l'on avait déjà observé en seconde dans le cadre de la chute des corps, et c'est quelque chose que l'on a revu en TP grâce au lâché de deux masses différentes : 2 kg et 5 kg (elles touchent le sol en même temps !).

Généralisation
La conclusion précédente, même si elle est remarquable, n'est pas la plus importante. Ce qu'il convien t de retenir par dessus tout, c'est que : WP = Ec. Autrement dit, le travail d'une force appliqué à un objet (par exemple le poids) est transformé en énergie cinétique (en