Nous expliquons ce qu’est l’énergie mécanique et comment elle peut être classée. De plus, exemples et énergie mécanique potentielle et cinétique.
Qu’est-ce que l’énergie mécanique ?
L’ énergie mécanique est la somme de l’énergie cinétique et de l’énergie potentielle d’un corps ou d’un système . L’énergie cinétique est l’énergie que possèdent les corps en mouvement , puisqu’elle dépend de leurs vitesses et de leurs masses. L’énergie potentielle, quant à elle, est associée au travail de forces dites conservatrices, telles que les forces élastiques et gravitationnelles, qui dépendent de la masse des corps, de leur position et de leur structure .
Le principe de conservation de l’énergie établit que l’énergie mécanique est conservée (reste constante) tant que les forces agissant sur le corps ou le système sont conservatrices, c’est-à-dire qu’elles ne font pas perdre d’énergie au système. Ce principe peut s’écrire mathématiquement comme suit :
Emec = Ec + Ep = cte
où Ec est l’ énergie cinétique du système et Ep son énergie potentielle , qui peut être gravitationnelle, élastique, électrique, etc.
Cette relation ne tient pas si le système est affecté par des forces non conservatrices. Par exemple, dans le cas de mouvements sur des surfaces avec frottement (comme la plupart des surfaces), l’énergie cinétique est dissipée sous forme de chaleur . L’énergie mécanique d’un système peut également être perdue sous forme de chaleur, par exemple dans les systèmes thermodynamiques où l’énergie mécanique peut être convertie en énergie thermique .
L’énergie mécanique est fréquemment utilisée pour effectuer un travail ou la convertir en d’autres formes d’énergie, comme c’est le cas de l’énergie hydraulique (lorsque l’homme profite de l’énergie potentielle des chutes d’eau pour effectuer un travail). Un autre exemple est l’énergie éolienne ou marémotrice , qui utilise l’énergie cinétique du vent et des marées pour les transformer en un autre type d’énergie utile.
Voir aussi : Élasticité
Types d’énergie mécanique
L’énergie mécanique est la somme des énergies suivantes :
- énergie cinétique . C’est l’énergie que possèdent les objets ou un système en mouvement, et qui dépend de sa vitesse et de sa masse . Par exemple : une balle en mouvement.
- Énergie potentielle . C’est l’énergie associée à la position d’un corps dans un champ de force conservateur, tel que gravitationnel, élastique, électrique, etc. À son tour, l’énergie potentielle peut être de deux types:
- Énergie potentielle gravitationnelle . C’est l’énergie qui est due à l’action de la gravité sur les corps. Par exemple : un objet tombant d’une certaine hauteur.
- Énergie potentielle élastique . C’est l’énergie que possèdent les systèmes déformés par une force . L’énergie reste dans le système jusqu’à ce que la force ne soit plus appliquée et ainsi le système retrouve sa forme d’origine, transformant l’énergie élastique en énergie cinétique. Par exemple : un ressort qui s’étire ou se contracte au moyen d’une force externe qui, lorsqu’il n’est plus appliqué, permet au ressort de revenir à sa position normale et équilibrée.
Exemples d’énergie mécanique
Voici quelques exemples possibles d’énergie mécanique sous ses différentes formes :
- Un chariot de montagnes russes. À son point le plus élevé, le chariot aura accumulé suffisamment d’énergie potentielle gravitationnelle (due à la hauteur) pour tomber en chute libre une seconde plus tard et convertir le tout en énergie cinétique (due au mouvement) et atteindre des vitesses vertigineuses.
- Un moulin à vent. L’énergie cinétique du vent fournit une poussée aux pales du moulin qui est convertie en travail mécanique : faire tourner l’engrenage qui broiera les grains plus bas.
- un pendule L’énergie potentielle gravitationnelle du poids est convertie en énergie cinétique pour le faire se déplacer le long de sa trajectoire, en conservant l’énergie mécanique totale.
- Un trampoline . Le baigneur qui saute d’un plongeoir utilise son poids (énergie potentielle gravitationnelle) pour déformer le plongeoir vers le bas (énergie potentielle élastique) et cela, en retrouvant sa forme, le pousse vers le haut en augmentant sa hauteur (plus de potentiel gravitationnel) qu’il n’agit puis convertie en énergie cinétique lors de la chute libre dans l’eau.
Énergie mécanique cinétique et potentielle
Comme on l’a déjà dit, l’énergie mécanique fait intervenir deux énergies : cinétique et potentielle .
Le premier est calculable par la formule simple de Ec = ½ m. v2 et son unité de mesure dans le système international sera Joules (J).
En revanche, l’énergie potentielle est la quantité d’énergie stockée dans le système en raison de sa configuration particulière ou de sa position par rapport à un champ de forces (gravitationnel, élastique ou électromagnétique). Cette énergie peut être convertie en d’autres formes d’énergie, comme l’énergie cinétique elle-même.
