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L’ENERGIE MECANIQUE, LE TRANSFERT, LE RENDEMENT

I.  L’énergie cinétique

Exemple

Un cycliste qui descend une colline peut cesser  de pédaler sans que le vélo ne s’arrête. Ce mouvement est dû à l’énergie cinétique acquise par le cycliste au cours du pédalage.

Définition

L’énergie cinétique est l’énergie qu’un corps possède du fait de sa vitesse. Elle est proportionnelle à sa masse et au carré de sa vitesse pour un solide en translation.

 L’énergie cinétique s’exprime en joule (J) .

$E_{C} =\frac{1}{2}.m V^{2}$

            $E_{c}$ : en joule

            $m$ : masse en kg

            $V$: vitesse en m/s

II.  L’énergie potentielle de pesanteur

En abandonnant un objet à partir d’une certaine hauteur, il descend avec une vitesse croissante et acquiert une énergie cinétique. Il possédait au départ une énergie due à la pesanteur : l’énergie potentielle de pesanteur.

Définition

L’énergie potentielle de pesanteur est l’énergie qu’un corps possède du fait de sa position par rapport au sol.

 

$E_{P} = P.h = m.g.h$

 

$E_{p}$ : en joule

$P$ : poids du corps en Newton (N)

$h$ : la hauteur en mètre (m)

$m$ : masse du corps en kilogramme(kg)

$g$ : la pesanteur en N/Kg

III.  Energie mécanique

L’énergie mécanique est la somme des énergies cinétique et potentielle de pesanteur.  

$E_{m} = E_{c} + E_{p}$

$E_{m}$ en joule (J)

Remarque :

En absence de frottements, l’énergie mécanique se conserve au cours du temps, donc toute augmentation de l’énergie cinétique est compensée par une diminution de l’énergie potentielle et inversement.

Exemple

Un objet qui tombe va de plus en plus vite ; donc son énergie cinétique augmente, mais son altitude diminue, donc son énergie potentielle diminue aussi de sorte que l’énergie mécanique reste constante.

IV.  Energie mécanique - Energie électrique

Un convertisseur d’énergie est une machine qui permet de convertir de l’énergie électrique en énergie mécanique ou de l’énergie mécanique en énergie électrique.

Exemple :

Remarque :

On constate qu’au cours des transformations, l’énergie reçue est toujours supérieure à l’énergie restituée.

V.  Rendement

Lors de la conversion, il y a toujours des pertes sous forme de chaleur (un moteur électrique, une dynamo, s’échauffent pendant leur utilisation).

On définit alors le rendement :

On appelle rendement, le quotient de l’énergie qu’un convertisseur restitue (énergie de sortie) par l’énergie qui lui a été fournie (énergie d’entrée) dans le même temps.

Le rendement est toujours inférieur à 1 $(r<1)$.

$r=\frac{énergie restituée (sortie)}{ énergie fournie (entrée)}$

Remarque :

  • Dans le cas d’un moteur

  • Dans le cas d’une génératrice (dynamo)