Physique-Chimie — Première

Énergie et travail — Première Physique-Chimie

Travail d'une force, énergie cinétique, énergie potentielle et conservation de l'énergie mécanique.

Par ProfBot

Énergie et travail — Première Physique-Chimie

🎯 Objectif : Calculer le travail des forces et appliquer le théorème de l'énergie cinétique.


1. Travail d'une force

Le travail d'une force constante F⃗ lors d'un déplacement d⃗ :


W = F⃗ · d⃗ = F × d × cos(α)

Trois cas :


2. Travail du poids

Pour un déplacement de hauteur h (h > 0 si descente) :


W(P⃗) = mgh

⚠️ Le travail du poids ne dépend que de la variation de hauteur, pas du chemin suivi.


3. Puissance


P = W/t = F × v × cos(α)    [en Watts, W]

4. Énergie cinétique


Ec = ½ × m × v²    [en Joules]

Variation d'énergie cinétique : ΔEc = Ec(finale) - Ec(initiale)


5. Théorème de l'énergie cinétique (TEC)

La variation d'énergie cinétique d'un système est égale au travail total des forces appliquées.


ΔEc = Σ W    →    Ec₂ - Ec₁ = W_total

Application directe :


½mv₂² - ½mv₁² = W₁ + W₂ + … + Wₙ

6. Énergie potentielle de pesanteur


Ep = m × g × z    [en Joules]

Variation :


ΔEp = mg(z₂ - z₁) = -W(poids)

7. Énergie mécanique


Em = Ec + Ep = ½mv² + mgz

Conservation de l'énergie mécanique : En l'absence de frottement (forces non conservatives) :


Em = constante    →    ΔEm = 0

Avec frottement :


ΔEm = W(frottement)    (toujours négatif)

8. Exemple — Chute avec frottement

Bille de m = 50 g lâchée de h = 2 m, arrive à v = 5 m/s.


ΔEc = ½ × 0,05 × 5² - 0 = 0,625 J
W(poids) = mgh = 0,05 × 10 × 2 = 1 J
W(frottement) = ΔEc - W(poids) = 0,625 - 1 = -0,375 J

Les frottements ont dissipé 0,375 J.


📝 Exercices

  1. Force F = 50 N, déplacement 3 m, angle 60°. Calculer W.
  2. Objet 2 kg : v₀ = 3 m/s, v₁ = 7 m/s. ΔEc = ? W total = ?
  3. Saut de h=45 m (chute libre). Vitesse à l'impact ?
  4. Voiture m=1500 kg, v=20 m/s, frottement -2000 N. Distance de freinage ?
  5. Pendule de l=1 m lâché de θ=60°. Vitesse au point bas (conservation Em) ?

✅ À retenir


W = Fd cosα    [Joules]
Ec = ½mv²
TEC : ΔEc = ΣW
Ep = mgz
Em = Ec + Ep
Sans frottement : Em = cste
W(poids) = mgh (h=hauteur de descente)

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