Énergie mécanique en 1ère
Cours complet, points clés à retenir et exercices d'entraînement de énergie mécanique pour les élèves de 1ère. Conforme au programme officiel.
Réviser notion par notion
Ce que tu vas réviser
- Énergie cinétique et énergie potentielle de pesanteur
- Conservation de l'énergie mécanique
- Travail d'une force
- Théorème de l'énergie cinétique
Énergie cinétique
L'énergie cinétique est l'énergie que possède un objet en mouvement. Plus l'objet se déplace vite ou est lourd, plus son énergie cinétique est grande.
Exemple
Une voiture qui roule à 90 km/h possède une énergie cinétique. Si elle accélère à 130 km/h, son énergie cinétique augmente considérablement, ce qui explique pourquoi les freins doivent être plus puissants.
À retenir : L'énergie cinétique se calcule avec la formule $E_c = \frac{1}{2}mv^2$ où m est la masse en kg et v la vitesse en m/s.
Énergie potentielle de pesanteur
L'énergie potentielle de pesanteur est l'énergie que possède un objet du fait de sa position en hauteur. Plus l'objet est haut, plus cette énergie est grande.
Exemple
Un livre posé sur une étagère haute possède une énergie potentielle. S'il tombe, cette énergie se transforme en énergie cinétique et le livre accélère.
À retenir : L'énergie potentielle de pesanteur se calcule avec $E_p = mgh$ où m est la masse en kg, g = 10 N/kg et h la hauteur en mètres.
Conservation de l'énergie mécanique
L'énergie mécanique est la somme de l'énergie cinétique et de l'énergie potentielle. Quand il n'y a pas de frottement, cette énergie totale reste constante.
Exemple
Un skateur qui descend une pente : au sommet il a beaucoup d'énergie potentielle et peu d'énergie cinétique. En bas, c'est l'inverse. L'énergie totale reste la même.
À retenir : Sans frottement : $E_m = E_c + E_p = constante$, donc $E_{c,initial} + E_{p,initial} = E_{c,final} + E_{p,final}$
Travail d'une force
Le travail d'une force mesure l'énergie transférée par cette force à un objet. Une force qui aide le mouvement fait un travail positif, une force qui le freine fait un travail négatif.
Exemple
Quand tu pousses une boîte sur le sol, tu fournis du travail. Le frottement du sol oppose un travail négatif qui ralentit la boîte.
À retenir : Le travail se calcule avec $W = F \times d \times \cos(\alpha)$ où F est la force en Newtons, d la distance en mètres et alpha l'angle entre la force et le mouvement.
Théorème de l'énergie cinétique
Ce théorème dit que la variation d'énergie cinétique d'un objet est égale au travail total des forces qui agissent sur lui.
Exemple
Une balle lancée en l'air ralentit car le poids fait un travail négatif. Son énergie cinétique diminue exactement du montant de ce travail négatif.
À retenir : $\Delta E_c = E_{c,final} - E_{c,initial} = W_{total}$ : la variation d'énergie cinétique égale le travail total des forces.
Les points clés
- L'énergie cinétique dépend de la masse et du carré de la vitesse : doubler la vitesse multiplie l'énergie cinétique par 4
- L'énergie potentielle dépend de la hauteur : plus on monte, plus on accumule d'énergie potentielle
- Sans frottement, l'énergie mécanique totale se conserve : elle se transforme entre cinétique et potentielle
- Le travail d'une force modifie l'énergie cinétique d'un objet selon le théorème de l'énergie cinétique
- Les frottements dissipent de l'énergie mécanique en chaleur : l'énergie mécanique n'est plus conservée
L'essentiel
L'énergie mécanique se conserve sans frottement et se transforme entre énergie cinétique et potentielle : ce qui diminue en hauteur augmente en vitesse.
Exercices d'entraînement
Entraîne-toi sur ces exercices, puis fais-toi corriger pas à pas par le tuteur.
Exercice 1
Un ballon de masse 500 g est lancé verticalement vers le haut avec une vitesse initiale de 20 m/s. En supposant qu'il n'y a pas de frottement de l'air et en prenant g = 10 N/kg, calcule la hauteur maximale atteinte par le ballon.
Corrige cet exercice avec le tuteur →Exercice 2
Une voiture de masse 1000 kg roule à 20 m/s sur une route horizontale. Le conducteur freine et la voiture s'arrête après avoir parcouru 50 m. Calcule le travail effectué par la force de frottement des freins.
Corrige cet exercice avec le tuteur →