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Énergie mécanique

Énergie mécanique

En  physique, l'énergie mécanique  est la somme  de  l' énergie potentielle  et de  l'énergie cinétique . Cette énergie est associée au mouvement et à la position d'un objet. Le principe de l'énergie mécanique dit que dans un système isolé où il n'y a qu'une  seule force conservatrice,  alors l'amplitude de l'énergie mécanique est constante.

Si un objet se déplace dans la direction opposée à la force conservatrice, l'énergie potentielle augmente. Ce serait le cas d'une fusée, la force conservatrice, dans ce cas, serait la force de gravité. Si la  vitesse de l'objet change, son énergie cinétique change également.  

Cependant, dans tous les systèmes réels,   des styles  non conservateurs  comme les  forces de frottement  apparaîtront, mais leur valeur est souvent ignorée. Cela signifie que la valeur de l'énergie mécanique peut être considérée comme constante. Dans  les collisions élastiques , l'énergie mécanique sera stockée, mais dans  les collisions non  élastiques , une partie de l'énergie mécanique est convertie en énergie thermique, sous forme de chaleur. La relation entre la perte d'énergie mécanique ( dissipation ) et l'augmentation des  températures a été  découverte par  James Prescott Joule .

De nombreux outils sont utilisés pour convertir l'énergie mécanique depuis et vers d'autres formes d'énergie, telles que les moteurs électriques  qui convertissent  l'  énergie électrique en énergie mécanique, le  moteur électrique  convertit l' énergie mécanique en  énergie électrique  et  les moteurs thermiques ou Les moteurs à  vapeur ( machine à vapeur) transforment la  chaleur  en énergie mécanique.

Différences d'énergie mécanique avec d'autres types d'énergie 

Le regroupement de l'énergie en divers types suit souvent les limites de la branche d'évaluation des sciences naturelles. En ce sens, nous pourrions établir la relation suivante entre les types d'énergie.

  • L'énergie chimique est un type d'énergie potentielle stockée dans  des liaisons chimiques .
  • L'énergie  nucléaire , l'énergie nucléaire est l'énergie stockée dans les interactions de particules à l'intérieur  du noyau atomique. Son utilisation est obtenue par fission nucléaire et réactions de fusion nucléaire.
  • Énergie électromagnétique,  ce type d'énergie se présente sous forme  de charges électriques, de  champs magnétiques  et de  photons. Son développement est étudié dans le domaine de l'électromagnétisme .
  • Diverses formes d'énergie en  mécanique quantique ; par exemple,  le niveau d'énergie d'un électron  dans un atome.

 

L'énergie mécanique comme capacité de travail.

Un objet qui a de l'énergie mécanique est capable de travailler. En fait, l'énergie mécanique est souvent définie comme la capacité de travailler. Tout objet qui possède de l'énergie mécanique, que ce soit sous forme d'énergie potentielle ou d'énergie cinétique, est capable de fonctionner. Autrement dit, son énergie mécanique permet à cet objet d'appliquer une force à un autre objet pour le faire bouger.

De nombreux exemples peuvent être donnés de la façon dont un objet à énergie mécanique peut exploiter cette énergie pour appliquer une force pour faire bouger un autre objet.

Un exemple classique est la sphère lourde d'une machine de démolition.

La boule de rupture est un objet massif qui bascule d'une position haute qui lui permet de tourner vers la structure du bâtiment ou d'autres objets pour la démolir.

En cas de collision avec la structure, la sphère exerce une force sur elle qui provoque la rupture de la paroi de la structure.

Bien qu'un marteau soit un outil qui utilise l'énergie mécanique pour effectuer le travail.

L'énergie mécanique d'un marteau donne au marteau sa capacité à appliquer une force sur un clou pour le faire bouger. Le marteau ayant une énergie mécanique (sous forme d'énergie cinétique), il est capable de travailler sur le clou. L'énergie mécanique est la capacité de travailler.

Un autre exemple illustrant comment l'énergie mécanique est la capacité d'un objet à fonctionner peut être vu une nuit dans une piste de bowling.

L'énergie mécanique d'une boule de bowling donne à la balle la capacité d'appliquer une force sur une épingle pour la faire bouger. Puisque la sphère massive a de l'énergie mécanique (sous forme d'énergie cinétique), elle peut travailler sur la broche. L'énergie mécanique est la capacité de travailler.

Un pistolet jouet qui tire des flèches est un autre exemple de la façon dont l'énergie mécanique d'un objet peut fonctionner sur un autre objet. Lorsqu'un pistolet est chargé et que les ressorts sont comprimés, il a de l'énergie mécanique.

L'énergie mécanique des ressorts comprimés donne aux ressorts la capacité d'appliquer une force sur la fléchette pour la faire bouger. Parce que les ressorts ont une énergie mécanique (sous forme d'énergie potentielle élastique), ils peuvent faire le travail de la flèche. L'énergie mécanique est la capacité de travailler.

Une scène commune dans certaines parties de la campagne est un «parc éolien». Les vents à grande vitesse sont utilisés pour travailler sur les pales de turbine d'un soi-disant parc éolien.

L'énergie mécanique de l'air en mouvement donne aux particules d'air la capacité d'appliquer une force et de faire bouger les pales.

Au fur et à mesure que les pales tournent, leur énergie est ensuite convertie en énergie électrique (une forme d'énergie non mécanique) et fournie aux maisons et aux industries pour faire fonctionner les appareils.

Le vent en mouvement ayant une énergie mécanique (sous forme d'énergie cinétique), il peut agir sur les pales. Encore une fois, l'énergie mécanique est la capacité de travailler.

Énergie mécanique totale

Comme déjà mentionné, l'énergie mécanique d'un objet peut être le résultat de son mouvement (énergie cinétique = KE) et / ou le résultat de son énergie de position stockée (énergie potentielle = PE).

La quantité totale d'énergie mécanique est simplement la somme de l'énergie potentielle et de l'énergie cinétique. Cette somme est simplement appelée énergie mécanique totale (TME pour faire court).

TME = PE + KE

Comme discuté précédemment, il existe deux formes d'énergie potentielle discutées dans notre cours: l'énergie potentielle gravitationnelle et l'énergie potentielle élastique. Pour cette raison, l'équation ci-dessus peut être réécrite:

TME = PEgrav + PEspring + KE

Il y a des conditions où l'énergie mécanique totale sera une valeur constante et des conditions où elle sera une valeur variable.

Pour l'instant, rappelez-vous que l'énergie mécanique totale est l'énergie qu'un objet possède en raison de son mouvement ou de son énergie de position stockée.

La quantité totale d'énergie mécanique est simplement la somme de ces deux formes d'énergie.

Enfin, pour résumer ce qui a déjà été dit plusieurs fois, un objet à énergie mécanique est capable de travailler sur un autre objet.

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Date de publication : 14 novembre 2017
Dernier examen : 26 octobre 2020