Travail, énergie et conservation
Fiche de révision compacte et visuelle sur les liens entre forces et énergie.
Travail et puissance
Définition essentielle
Le travail d'une force mesure l'énergie transférée par cette force le long d'un déplacement.
- Pour une force constante, W = F · AB.
- Le signe dépend de l'orientation force-déplacement.
Puissance mécanique
La puissance est le rythme de transfert d'énergie, et sa puissance instantanée est le produit scalaire force-vitesse.
Mémo
Travail = déplacement aidé ou freiné par la force, puissance = rapidité du transfert.
Énergie cinétique
Formule et idée
L'énergie cinétique est liée à la vitesse du point matériel et elle est toujours positive ou nulle.
Théorème de l'énergie cinétique
La variation d'énergie cinétique est égale à la somme des travaux des forces appliquées.
À retenir
- Outil central pour relier forces et vitesse.
- La somme des travaux compte toutes les forces.
Forces conservatives
Comparaison
Force conservative
- Travail indépendant du chemin.
- Travail sur un contour fermé nul.
- Admet une énergie potentielle.
Force non conservative
- Travail dépend du chemin.
- Travail sur un contour fermé non nul.
- Ne se résume pas à une énergie potentielle unique.
Relation énergie potentielle
Pour une force conservative, la variation d'énergie potentielle est l'opposé du travail de cette force.
Exemples typiques
- Pesanteur.
- Force de rappel d'un ressort.
Conservation de l'énergie mécanique
Relation fondamentale
L'énergie mécanique est la somme de l'énergie cinétique et de l'énergie potentielle.
Condition de conservation
- 1
Identifier les forces conservatives et non conservatives.
- 2
Si seules des forces conservatives agissent, écrire Em constante.
Bilan
La variation d'énergie mécanique est égale au travail des forces non conservatives.
Applications
Méthode
- 1
Choisir les deux instants étudiés.
- 2
Écrire Ec et Ep au départ puis à l'arrivée.
Mouvement dans un champ de force
Mini-exercice
- Écrire l'expression de Ec pour une masse m de vitesse v.
- Dire quand une force est conservative.
Résumé final
- Le travail traduit l'action d'une force sur un déplacement.
- Le théorème de l'énergie cinétique relie travaux et variation de Ec.
- Les forces conservatives admettent une énergie potentielle.
- L'énergie mécanique se conserve si les forces non conservatives sont absentes.