Energie et Mouvement – L’essentiel


I. Les différentes formes d’énergies liées au mouvement d’un objet.

a) Energie de position :

Un objet situé en altitude peut chuter sous l’action de son poids.
Cet objet possède donc une énergie de position du fait de sa position par rapport au sol.

Cette énergie de position se note : Ep
Cette énergie de position s’exprime en Joule (J).

Expérience : Si on fait chuter un objet de 100g d’un mètre, il aura une énergie de 100J.
Si on le lâche de 2m il aura une énergie 2 fois supérieure : 200J.

Tout objet possède une énergie de position au voisinage de la Terre.
Plus l’objet est haut, plus il possède d’énergie de position.

b) Energie cinétique :

Un objet en mouvement possède une énergie liée à ce mouvement appelée énergie cinétique.

Cette énergie cinétique se note : Ec
Cette énergie cinétique s’exprime en Joule (J).

Tout objet possède une énergie cinétique s’il bouge.
Plus l’objet va vite, plus il possède d’énergie cinétique.

c) Relation entre les énergies :

La somme de l’énergie de position et de l’énergie cinétique s’appelle l’énergie mécanique.

Cette énergie mécanique se note : Em
Cette énergie mécanique s’exprime en Joule (J).

Em = Ep + Ec

L’énergie mécanique reste constante lors de la chute d’un objet. On dit qu’elle se conserve.

Exemple de la chute d’eau :

diagrammeenergie

II. L’énergie cinétique :

a) Rapport entre énergie cinétique, masse et vitesse :

On a déjà vu qu’un objet en mouvement possède une énergie cinétique.

Cette énergie cinétique varie en fonction :

  • De la masse de l’objet : plus l’objet en mouvement a une masse importante, plus l’énergie cinétique est importante.
  • De la vitesse de l’objet : plus l’objet en mouvement a une vitesse importante, plus l’énergie cinétique est importante.

b) Formulation de l’énergie cinétique :

Il existe une formule mathématique qui permet de connaître l’énergie cinétique d’un objet en mouvement.

 

La relation mathématique reliant l’énergie cinétique, la masse et la vitesse d’un objet est la suivante :

Energie cinétiqueAvec :
Ec en J
m en kg
v en m/s

 

 

c) Evolution de l’énergie cinétique :

En appliquant cette formule on s’aperçoit que si la vitesse est multipliée par 2, l’énergie cinétique est multipliée par 4 !!

graphiquevitesseenergie

III. Convertion de l’énergie cinétique :

freinageL’énergie cinétique acquise par un véhicule (ou un objet quelconque) va diminuer lorsque la vitesse va diminuer. Mais cette énergie ne peut pas disparaître ! Elle ne peut que se transformer en une autre énergie.

  • Lors d’un freinage ; l’énergie cinétique se transforme principalement en énergie thermique (chaleur) au niveau des freins.
  • Lors d’une collision entre un obstacle fixe et un véhicule en mouvement, l’annulation quasi instantanée de l’énergie cinétique du véhicule engendre une violente déformation du véhicule et des objets heurtés. Plus la vitesse augmente plus les dégâts occasionnés aux véhicules, obstacles et passagers sont importants !

050606-N-3342-003 Milford, Mich. (June 6, 2005) Ð Sailors and staff members assigned to the Detroit Naval Reserve Center watch a vehicle crash test at the General Motors Vehicle Safety and crash Worthiness Laboratory. U.S. Navy photo by Chief PhotographerÕs Mate Douglas Waite (RELEASED)

IV. Sécurité routière : arrêt d’un véhicule

Lorsqu’une situation oblige un véhicule à s’arrêter, le freinage va s’effectuer en plusieurs phases :

a) Distance de réaction :

La distance de réactionDR, est la distance parcourue par le véhicule entre le moment où le conducteur voit l’obstacle et celui où il commence à freiner.
Elle est proportionnelle au temps de réaction, tR, du conducteur et à la vitesse, v, du véhicule.
Elle augmente avec :

  • La fatigue
  • La prise de drogue
  • L’alcoolémie

DR = v x tR

b) Distance de freinage :

La distance de freinageDf, est la distance parcourue par le véhicule entre le moment où le conducteur actionne les freins et celui où le véhicule s’arrête.
Elle est dépend de la vitessev, du véhicule, de l’état du véhicule (freins, pneus), et de l’état de la route (humide, sèche, verglas,…).

La distance de freinageDf, dépend de la vitesse et n’est pas proportionnelle à la vitesse. En effet, Df dépend de l’énergie cinétique du véhicule et donc dépend de v² et non de v !

graphique_freinage

c) Distance d’arrêt :

La distance d’arrêtDA, est la distance parcourue par un véhicule entre le moment où le conducteur voit l’obstacle et l’arrêt complet du véhicule.
La distance d’arrêt, DA, est donc la somme de la distance de freinageDf et de la distance de réactionDR.

DA = Df + DR

infographic-distances-arret-copie