L’énergie mécanique nous entoure dans le monde naturel et dans les machines que nous construisons. Regardez autour de vous, et l’énergie mécanique se trouve partout.
Il existe de nombreux types d’énergie mécanique, d’un adolescent à vélo au lycée à une boule de démolition qui démolit une maison.
Poursuivez votre lecture pour en savoir plus sur l’énergie mécanique.
Qu’Est-Ce Que L’Énergie Mécanique ?
Tout d’abord, considérons ce qu’est l’énergie. L’énergie est la capacité de travailler. Il existe de nombreuses formes d’énergie, et l’énergie mécanique en fait partie.
L’énergie mécanique est définie comme la capacité d’un objet à effectuer un travail. La quantité de travail qu’un objet peut effectuer dépend de deux choses: sa position et son mouvement.
Nous devons mieux comprendre comment la position et le mouvement d’un objet affectent son énergie avant d’examiner plus avant l’énergie mécanique.
Qu’Est-Ce Que L’Énergie Potentielle ?
L’énergie potentielle est l’énergie de position, également appelée énergie stockée. Son énergie existe en raison de la position des objets les uns par rapport aux autres. C’est-à-dire que l’énergie de l’objet change lorsque la position de l’objet change ou lorsque l’objet se déplace.
Par exemple, un livre sur le sol a relativement peu d’énergie potentielle — il a une capacité minimale de se déplacer seul ou d’interagir avec d’autres objets immobiles ou en mouvement. Maintenant, soulevons ce livre et équilibrons-le sur le bord d’une étagère. Il a beaucoup plus d’énergie potentielle à ce stade. Pourquoi? Parce que le livre pourrait tomber et écraser un insecte qui passe, ou vous blesser à l’orteil, ou faire un grand bruit quand il frappe le sol.
Nous avons donné au livre l’énergie potentielle gravitationnelle. Le livre est maintenu en position verticale par l’étagère. Les forces gravitationnelles de la Terre ont donné au livre son énergie de position stockée, ou énergie potentielle. Supposons que la masse de l’objet soit plus grande. Dans ce cas, échangez le livre contre un haltère de 10 livres – l’énergie potentielle gravitationnelle de l’objet augmente également.
Il existe une deuxième forme d’énergie potentielle liée à l’énergie mécanique appelée énergie potentielle élastique. C’est de l’énergie potentielle qui est stockée dans un objet qui peut être comprimé ou étiré.
Pensez à un archer étirant la corde élastique sur un arc. La corde tendue a une énergie potentielle élastique. Une fois relâchée, la ficelle élastique propulsera une flèche vers l’avant.
Les énergies potentielles gravitationnelles et élastiques sont des énergies de position et des facteurs tout aussi importants lors de la discussion de l’énergie mécanique.
Qu’Est-Ce Que L’Énergie Cinétique ?
L’énergie cinétique fait référence à l’énergie du mouvement et du mouvement. Revenons à notre exemple du livre, équilibré sur une étagère, plein d’énergie potentielle.
Si le livre tombe au sol, il a de l’énergie cinétique pendant sa dégringolade — l’énergie du livre passe de celle de l’énergie potentielle à l’énergie cinétique (mouvement). C’est la même chose avec la flèche — son énergie potentielle dans un arc dessiné devient de l’énergie cinétique lorsque la flèche tire et se déplace dans les airs.
Comprendre l’Énergie mécanique, l’Énergie Potentielle et l’Énergie cinétique
Comme mentionné, l’énergie mécanique est la capacité d’un objet à effectuer un travail. C’est aussi la somme de l’énergie potentielle d’un objet (gravitationnel ou élastique) et de son énergie cinétique. Voyons comment les trois interagissent.
La loi de conservation de l’énergie stipule que l’énergie ne peut pas être créée ou détruite. L’énergie ne peut se convertir que d’une forme d’énergie à une autre.
Cette loi est vitale pour l’énergie mécanique car elle signifie que nous pouvons comprendre la force nette d’un système mécanique. Nous pouvons calculer l’énergie mécanique d’un objet, car l’énergie totale (potentiel + cinétique) ne change pas.
Quels Sont les Exemples d’Énergie Mécanique ?
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La vie quotidienne est pleine d’énergie mécanique. Voici cinq exemples:
- Une boule de démolition qui démolit des bâtiments a de l’énergie potentielle lorsque la boule lourde est en position au sommet de sa balançoire. Lorsque la balle est relâchée, en commençant un mouvement circulaire, elle a de l’énergie cinétique. Lorsque la balle frappe le bâtiment, elle applique une force au bâtiment – l’énergie mécanique – la capacité d’un objet à effectuer un travail. Dans ce cas, le travail effectué est par la balle détruisant le bâtiment.
- Les éoliennes utilisent l’énergie mécanique pour transformer l’énergie éolienne en énergie électrique. L’énergie du vent travaille sur les pales en les faisant tourner, ce qui fait tourner les turbines qui créent de l’électricité. Le vent a fait que le travail a été effectué à l’aide d’énergie mécanique.
- Un cycliste debout à côté de son vélo a une énergie potentielle chimique grâce à la nourriture dans son estomac. Un processus chimique libère l’énergie chimique dans les aliments pour permettre au cycliste de monter sur son vélo et d’appliquer une force sur les pédales. Le pédalage est une forme d’énergie mécanique.
- De même, une boule de bowling a plus d’énergie potentielle une fois que nous la ramassons au bowling. Une fois que nous l’avons jeté dans l’allée, cette énergie potentielle est transformée en énergie cinétique. La balle a maintenant la capacité d’effectuer un « travail » sur tout ce qu’elle peut rencontrer. Dans ce cas, il le fera (espérons-le!) soyez les épingles. C’est l’énergie mécanique qui déplace les broches pour ce qui sera une grève.
- L’énergie nucléaire provient de centrales électriques qui utilisent la chaleur de la fission pour faire tourner des générateurs électriques pour produire de l’électricité. La rotation des générateurs est de l’énergie mécanique.
Comment Calculez-Vous L’Énergie Mécanique?
L’énergie mécanique est la somme de l’énergie potentielle d’un objet et de l’énergie cinétique d’un objet. L’énergie potentielle et l’énergie cinétique sont mesurées en joules.
Nous pouvons connaître le potentiel gravitationnel d’un objet via cette formule : PE = mgh.
- PE est l’énergie potentielle
- m est sa masse en kilogrammes
- g est l’accélération gravitationnelle de la terre (définie comme 9,8 m / sec2)
- h est la hauteur de l’objet au-dessus de la surface de la terre en mètres
Si nous tenons un marteau de quatre kilogrammes (8 livres , 13 onces) à environ 1,5 mètre (cinq pieds) du sol, son énergie potentielle serait:
PE = 4 (kg) x 9,8 x 1,5 = 58,8 joules.
La formule de l’énergie cinétique est KE = ½ m v2.
- KE est l’énergie cinétique
- m est la masse de l’objet
- v est la vitesse de l’objet en mètres par seconde
Enfonçons un clou dans le mur avec notre marteau de quatre kilogrammes et supposons que nous nous déplaçons à 20 mètres par seconde (65 pieds par seconde). Cela donne :
KE = 0,5 (½) x 4 (kg) x 20 (vitesse) au carré = 800 joules.
L’énergie mécanique est PE + KE, ce qui donne au marteau 858 joules d’énergie mécanique.
Facteurs Affectant l’énergie mécanique d’un objet
L’énergie mécanique est soumise à des influences extérieures qui affectent ses valeurs. Dans de nombreux exemples d’énergie mécanique, l’énergie est perdue lorsque le « travail » est terminé.
Tout le potentiel et l’énergie cinétique d’un objet ne deviennent pas toujours de l’énergie mécanique. Il y a souvent une infiltration d’énergie.
Qu’est-ce que la Conservation de l’Énergie mécanique ?
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Imaginez une montagne russe se déplaçant le long d’une voie droite, en utilisant l’énergie cinétique. Les montagnes russes ont la quantité exacte d’énergie nécessaire pour atteindre le sommet d’une montée en approche, s’arrêtant au sommet où elles restent immobiles. Son énergie cinétique s’est convertie en énergie potentielle.
Pouce par pouce, les montagnes russes culminent le sommet et descendent de l’autre côté. Le potentiel a été converti en une quantité équivalente d’énergie cinétique.
L’énergie mécanique totale de la voiture de montagnes russes n’a pas changé pendant les pics et les descentes ni pendant la conversion de l’énergie cinétique en énergie potentielle et de retour à l’énergie cinétique.
L’énergie du système est restée la même. C’est ce qu’on appelle le Principe de Conservation de l’énergie mécanique.
L’énergie mécanique est-elle affectée par des Forces Non conservatrices?
Le principe de conservation de l’énergie mécanique suppose que l’énergie mécanique totale d’un objet ne change pas. (Dans notre exemple, ce serait les montagnes russes.) Aucune autre force n’agit sur elle. En tant que tel, aucune énergie n’est perdue car nos montagnes russes changent leur énergie cinétique en énergie potentielle.
Bien sûr, tous les transferts d’énergie ne sont pas si simples. Les forces extérieures et les forces de frottement jouent un rôle dans l’équation, une science physique derrière la théorie. L’énergie peut se perdre. Comment ?
Les forces de frottement, également appelées forces non conservatrices, éloignent l’énergie du système. Ces forces incluent la résistance à l’air des montagnes russes ou l’énergie thermique perdue lorsque les roues chauffent les pistes. Le système ne peut pas récupérer cette énergie perdue.
Quelle Quantité d’Énergie Mécanique Est Perdue lors d’une Collision?
Les collisions sont une autre façon d’affecter l’énergie mécanique. Il existe deux types de collisions.
Une collision élastique est simple à comprendre en termes d’énergie — aucune énergie cinétique n’est perdue dans ce scénario et l’énergie du système reste la même.
Imaginez deux chariots se déplaçant l’un vers l’autre à la même vitesse. Finalement, ils se cognent. La collision les déclenche dans une nouvelle direction mais sans perte de vitesse. Cette collision est définie comme une collision parfaitement élastique sans perte d’énergie cinétique.
Une telle collision parfaitement élastique est probablement irréaliste dans la vie réelle. Les collisions entre atomes dans les gaz sont un meilleur exemple de collisions élastiques. Un berceau de Newton est peut-être l’exemple pratique le plus proche d’une collision élastique, où une énergie cinétique négligeable est perdue lorsque les balles se balancent d’avant en arrière.
Une collision inélastique se produit lorsque l’énergie cinétique est perdue lors d’une collision. Si ces deux chariots entrent en collision puis continuent leur voyage à une vitesse plus lente, alors l’énergie cinétique a été perdue. Un tel scénario est beaucoup plus probable qu’une collision élastique.
Si vous faites rebondir une balle et qu’elle ne rebondit pas aussi haut que la hauteur à partir de laquelle elle a été lâchée, il s’agit d’une collision inélastique. Une boule de bowling se fracassant en épingles est une collision inélastique car la boule de bowling ralentit après le contact.
Qui A Découvert Que L’Énergie Mécanique Pouvait Être Perdue?
James Prescott Joule, physicien, mathématicien et brasseur anglais, était un découvreur apparemment improbable des effets de la perte d’énergie dans l’énergie mécanique.
Joule n’avait pas de formation formelle en physique mais un vif intérêt pour la mécanique. Il a observé et étudié la chaleur générée par diverses sources, y compris l’agitation de l’eau par une palette et l’expansion d’un gaz dans le vide. La compréhension de Joule que la chaleur pouvait être créée par le travail mécanique a changé la pensée scientifique au 19ème siècle.
Son travail est devenu l’épine dorsale du principe de conservation de l’énergie et de la Première Loi de la thermodynamique. Cette loi stipule que la chaleur est une énergie qui ne peut pas être créée ou détruite mais qui peut être transférée ou convertie en un autre type d’énergie.
Comprendre la définition de l’énergie mécanique
L’énergie mécanique est l’un des types d’énergie les plus courants. Il décrit la capacité d’un objet à effectuer une forme de travail.
Nous voyons chaque jour de l’énergie mécanique en action lorsque nous ramassons des objets fixes et les faisons exécuter des tâches pour nous, du tir de cerceaux à la guitare.
L’énergie mécanique est l’énergie ou la puissance que les objets ont par le mouvement ou le changement de position.
Présenté par amigoenergy
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