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Travail d'une Force W Travail d'une Force T Énergie de mouvement Énergie cinétique : Ec V Énergie potentielle (qui peut créer le mouvement) : Ep E Énergie.

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1 Travail d'une Force W Travail d'une Force T Énergie de mouvement Énergie cinétique : Ec V Énergie potentielle (qui peut créer le mouvement) : Ep E Énergie mécanique totale d'un système : E = T + V = Ec +Ep Travail élémentaire d'une force lors d'un déplacement (élémentaire) Le travail W est égal à la circulation de la Force le long du parcours M 1 M 2

2 Le travail est une grandeur scalaire, sa valeur peut être considérée comme la somme des travaux effectués lors d'un déplacement quelconque décomposé en des trajets parrallèles aux axes x, y, z respectivement. Travail en coordonnées cylindriques: Travail en coordonnées cartésiennes:

3 PUISSANCE INSTANTANEE C'est le travail fourni par unité de temps: Or : d'où Dans un référentiel dinertie, on considère un point matériel de masse m animé dune vitesse v. Son énergie cinétique est et sa dérivée par rapport au temps est : Si la puissance est positive, la force est motrice, si la puissance est négative, la force est résistante. Si plusieurs forces sont appliquées à m, on a :

4 Exemple : Amortissement visqueux : Soit : De léquation différentielle on obtient la solution : où À cause de la force de frottement visqueux, lénergie cinétique décroît avec le temps.

5 TRAVAIL ELEMENTAIRE D'UN COUPLE (de Forces) d'où : c'est un produit mixte du type : Soit : d'où : Le travail d'un couple de forces est égal au produit de l'intensité C du couple par la variation de l'angle d au cours de la rotation autour de O.

6 Théorème de lénergie cinétique : La variation dénergie cinétique dun point matériel se déplaçant entre les points A et B sécrit : La variation dénergie cinétique dun point matériel se déplaçant entre les points A et B est égale à la somme des travaux des forces appliquées effectués lors de ce déplacement.

7 Forces conservatives Une force est dite conservative si pour tous les points A et B le travail pour aller de A en B ne dépend pas du chemin suivi entre A et B et ne dépend que de ces points. Si la force est conservative on peut définir une fonction de lespace V(x,y,z) qui ne dépend que du point (x,y,z) de lespace considéré telle que : La fonction V(r) = V(x,y,z) est lénergie potentielle au point M(x,y,z) La relation suivante nest vraie que si la force F (r) est conservative

8 ENERGIE POTENTIELLE L'énergie potentielle est une fonction scalaire V(OM) ou Ep(OM) qui ne dépend que de la position OM du point M telle que où A est le point de départ et B le point d'arrivée. La variation d'énergie potentielle V sera la différence entre l'énergie potentielle à l'arrivée moins celle du départ : Si nous voulons définir l'énergie potentielle du point d'arrivée : On dit que l'énergie potentielle n'est définie qu'à une constante additive près. Si le point de départ ou référence est toujours le même (surface de la Terre par exemple en mécanique, ou l'infini pour les forces électrostatiques) alors :V A = C ste = V o soit : L'énergie potentielle du point B est égale à une constante moins le travail pour aller du point de référence au point B.

9 Nous ne sommes intéressés que par les variations ou les différences d'énergie potentielle. Remarque : siV A > V B alors V B - V A < O = - siV A O Donc on peut donner ou prélever de l'énergie potentielle à un système. V est l'énergie en réserve que le système peut donner. > O Travail moteur, le système fourni du travail < O Travail résistant le système doit recevoir du travail pour aller de A à B.

10 Relation entre énergie potentielle V et Force Cette relation n'est vrai que si la force est conservative On peut écrire : - d'où Si V = V(xyz), alors : = dérivée partielle par rapport à x de V(xyz), y et z considérés constants. On écrit encore : (gradient de V, variation en fonction de la position) Le théorème de l'énergie cinétique T, permet d'écrire: Si les Forces sont conservatives, il existe une fonction énergie potentielle V telle que : L'énergie mécanique se conserve (est constante) si les forces sont conservatives.

11 Remarque : Ceci est une conséquence de. Multiplions scalairement par le vecteur vitesse

12 Exemples de forces conservatives : Ressort : Si nous appelons (x-xo) = X = élongation du ressort, alors : Soit : Force de gravitation : ici la référence V o = 0 est prise en A, soit r A = R T Si la référence est prise à linfini, V o =0 pour r A =

13 Force électrostatique : Sil ny a pas de charge électrique à linfini, on peut prendre r = comme point de référence. Alors :

14 Exemple dapplication de la conservation de lénergie : Vitesse de libération dun satellite : Lénergie potentielle gravitationnelle dun satellite de masse m est : Son énergie mécanique est alors : Pour que, lancé à partir de la surface de la Terre (r = R T ), il arrive à linfini avec une vitesse v nulle, sa vitesse de lancement v o doit satisfaire la relation : La vitesse de libération ne dépend pas de la masse de lobjet à libérer, elle est inversement proportionnelle à la distance du point de lancement au centre de la Terre.


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