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L’énergie cinétique et l’énergie potentielle de pesanteur

Par Yann le 15/03/2017 Ressources > Physique-Chimie > Seconde > Mécanique > L’énergie cinétique et l’énergie potentielle de pesanteur

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Qu’est ce qu’un champ d’énergie cinétique ?

L’énergie cinétique est l’énergie liée au mouvement d’un corps. En fait, elle est égale au travail nécessaire pour faire passer le dit corps du repos à son mouvement de translation ou de rotation.

Elle dépend donc à la fois de la vitesse de l’objet et de sa masse.

Etant donnée que la vitesse d’un objet dépend du référentiel choisi, c’est aussi le cas de l’énergie cinétique.

L’énergie cinétique se note Ec et s’exprime en joule (J).

Qu’est-ce qu’un solide en translation ?

C’est un solide dont le mouvement ne comporte pas de rotation: à un instant donné chacun de ses points se déplacent dans la même direction, le même sens et à la même vitesse.

Expression de l’énergie cinétique d’un solide en translation

Si un objet de masse m se déplace à une vitesse v en suivant un mouvement de translation alors son énergie cinétique Ec est donnée par la formule:

Ec = 1/2  x m x v²         

  • Ec en joule (J)
  •  m en kilogramme (kg)
  • v en mètre par seconde (m.s-1)

Attention à ne pas oublier le carré à la vitesse !

Exemple

Prenons un objet de masse m = 6,7g. Cet objet est en mouvement de translation à une vitesse v de 2,7 m.s-1. Quelle est alors la valeur de son énergie cinétique ?

On sait que v = 2,7 m.s-1 et que m = 6,7g.

Il faut dans un premier temps convertir la masse en kilogrammes. On a donc : m = 6,7g = 0,067 kg.

Ainsi, on peut appliquer la formule précédemment énoncée :

Ec = 1/2 x m x v²

D’où : Ec = 1/2 x 0,067 x (2,7)²

Donc : Ec = 0,33 J.

L’énergie cinétique de notre objet est donc de 0,33 Joules.

Qu’est ce que l’énergie potentielle de pesanteur ?

Il s’agit de l’énergie liée au poids d’un corps. Elle est du au fait que ce corps se trouve dans un champ de pesanteur. Ce dernier s’exerce sur n’importe quel corps ayant une masse et se trouvant à proximité de la Terre.

Elle dépend donc de la masse du corps et de son altitude.

Elle se note Epp et s’exprime en joule comme toutes les autres énergies.

Expression de l’énergie potentielle de pesanteur

Si un corps de masse m est situé à une altitude z alors son énergie potentielle de pesanteur Epp peut être calculée en utilisant la formule suivante:

Δ(Epp) = m x g x (z1 – z0)      

  • Epp est en joule (J)
  • m est en kilogramme (kg)
  • *g l’intensité de la pesanteur est en N.kg-1   
  • **z1 et z0 est en mètre (m)

*L’intensité de la pesanteur est égale à approximativement 9,81 m s−2 (ou 9,81 N/kg).

** z1 et z0 étant respectivement les points d’altitude d’arrivée et de départ de l’objet

Remarque: L’altitude est exprimée par rapport à un repère qui doit être choisi avant de calculer l’énergie potentielle. Cependant le repère le plus fréquent est celui associé au sol. Dans un énoncé d’exercice, normalement, cela est précisé.

Exemple

Admettons que nous lancions un ballon de football qui reste accroché à un arbre. Ce ballon a une masse de 400g. Il reste coincé à une hauteur de 3,7m. Quelle est alors son énergie potentielle de pesanteur ?

On sait que m = 400g et z1 = 3,7m.

Il nous faut dans un premier temps convertir la masse en kilogrammes. On a donc m = 400 g = 0,4kg.

On peut donc appliquer la relation précédemment énoncée:

Δ(Epp) = m x g x (z1 – z0)

D’où : Δ(Epp) = 0,4 x 9,81 x 3,7 (ici z0 = 0 puisque le ballon est parti du sol)

Donc : Δ(Epp) = 14,52 J.

Ainsi, l’énergie potentielle de pesanteur de notre ballon est de 14,52 Joules !

Remarque: L’altitude est exprimée par rapport à un repère qui doit être choisi avant de calculer l’énergie potentielle. Cependant le repère le plus fréqent est celui associé au sol.

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