Tu calcules le travail d'une force constante, la puissance développée et les énergies cinétique et potentielle, puis tu utilises la conservation de l'énergie mécanique.
Lorsqu'une force constante de valeur F déplace son point d'application d'une distance d, le travail vaut W = F × d × cos α, où α est l'angle entre la direction de la force et celle du déplacement. Le travail s'exprime en joules (J). Si α = 0, la force est motrice et W = F × d. Si α = 90°, cos α = 0 et le travail est nul. Si α est obtus, cos α est négatif et le travail est résistant.
La puissance moyenne est le travail effectué divisé par la durée mise à l'effectuer : P = W / t. Elle s'exprime en watts (W), un watt valant un joule par seconde. Deux équipes qui fournissent le même travail n'ont pas la même puissance si elles n'y consacrent pas le même temps : celle qui va plus vite est la plus puissante.
Un exemple
Pendant les vacances, deux groupes d'élèves fabriquent des briques. Le groupe A en fait 50 en deux heures, le groupe B en fait 50 en trois heures. Le travail fourni est le même de part et d'autre, puisque le nombre de briques est identique, mais la puissance diffère : le groupe A a effectué ce travail en moins de temps, donc P = W / t est plus grande pour lui. C'est la puissance, et non le travail, qui distingue les deux équipes.
L'énergie cinétique d'un corps de masse m animé de la vitesse v vaut Ec = ½ m v². Son énergie potentielle de pesanteur, à la hauteur h au-dessus d'une référence choisie, vaut Epp = m g h, avec g l'intensité de la pesanteur. L'énergie mécanique est leur somme : Em = Ec + Epp. En l'absence de frottement, l'énergie mécanique se conserve : ce qui est perdu en énergie potentielle est exactement gagné en énergie cinétique.
Attention
Le joule mesure une énergie ou un travail, le watt mesure une puissance, c'est-à-dire une énergie par seconde. Le kilowattheure, utilisé sur les factures d'électricité, est bien une énergie : c'est le produit d'une puissance par une durée. Autre vigilance : dans la formule W = F d cos α, la distance d est celle qui est parcourue dans la direction du déplacement, pas la longueur du trajet total quand celui-ci change de direction.
À retenir
W = F × d × cos α, en joules. P = W / t, en watts. Ec = ½ m v², Epp = m g h, Em = Ec + Epp. Sans frottement, Em reste constante entre le départ et l'arrivée.
Une question à la fois. Après chaque réponse, tu vois tout de suite si c'est juste, et surtout la méthode pour y arriver.
Question 1 sur 6
Donne seulement le nombre de joules.
Source du programme : Programme éducatif du domaine d'apprentissage des sciences, sciences physiques et technologies de l'information et de la communication, 4e année des humanités scientifiques, 1re édition, DIPROMAD/MEPST, Kinshasa 2021, matrice MSP 6.15 Énergie mécanique : travail, puissance et énergie