Ch 7 Travail et énergie 1 – Travail d’une force constante

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1 Ch 7 Travail et énergie 1 – Travail d’une force constante
1 – 2 - Travail du poids 1 – 3 - Travail d’une force électrostatique 1 – 4 – Travail des forces de frottements 2 – Transferts énergétiques 2 – 1 – Forces conservatives et énergie potentielles 2 – 2 – Conservation ou non de l’énergie mécanique

2 1 – Travail d’une force constante
Faire activité documentaire p 184 Conclusion: Le travail 𝑾 𝑨𝑩 𝑭 d’une force constante 𝐹 entre deux points A et B est égale au produit scalaire du vecteur force par le vecteur déplacement: 𝑾 𝑨𝑩 𝑭 = 𝑭 . 𝑨𝑩 =𝑭.𝑨𝑩.𝒄𝒐𝒔𝜶 α étant l’angle entre le vecteur force et le vecteur déplacement Unités? Joule (J) Newton (N) et mètre (m)

3 1 – 2 - Travail du poids Donner l’expression du travail du poids appliqué à une masse m entre deux points quelconques A et B. le travail du poids est: 𝑊 𝐴𝐵 𝑃 = 𝑃 . 𝐴𝐵 𝑊 𝐴𝐵 𝑃 =𝑃.𝐴𝐵.𝑐𝑜𝑠𝛼 𝑾 𝑨𝑩 𝑷 =𝐦𝐠.( 𝒛 𝑨 − 𝒛 𝑩 ) Le travail du poids ne dépend pas du chemin suivi, on dit que c’est une force conservative. z 𝑷 A α B x

4 La force électrostatique est-elle conservative?
1 – 3 - Travail d’une force électrostatique D’après l’activité p 185, exprimer le travail d’une force électrostatique exercée sur une particule qui se déplace d’un point A à un point B dans un champ uniforme 𝐸 . D’après l’activité p 185, lorsqu’une particule de charge q se déplace de A à B dans un champ électrostatique uniforme 𝐸 , le travail de la force électrostatique est: 𝑊 𝐴𝐵 𝐹 𝑒 =𝑞×( 𝑉 𝐴 − 𝑉 𝐵 ) 𝑾 𝑨𝑩 𝑭 𝒆 =𝒒× 𝑼 𝑨𝑩 La force électrostatique est-elle conservative? Oui elle ne dépend pas du chemin suivi.

5 1 – 4 – Travail des forces de frottements
Exprimer le travail des forces de frottements 𝑓 lors d’un déplacement 𝐴𝐵 ? Le travail est: 𝑾 𝑨𝑩 𝒇 = 𝒇 . 𝑨𝑩 =𝒇.𝑨𝑩 si 𝒇 a le même sens que 𝒗 𝒐𝒖 −𝒇.𝑨𝑩 si 𝒇 est opposée à 𝒗 Les forces de frottements sont-elles conservatives? Les forces de frottements dépendent du chemin suivi, donc elles sont non conservatives. Lorsque le travail est négatif, le travail est dit résistant . Si le travail est positif, alors on parle de travail moteur. 𝑓 𝑣 A B

6 2 – Transferts énergétiques
2 – 1 – Forces conservatives et énergie potentielles Donner les expressions entre le travail du poids et sa variation d’énergie potentielle d’une par et entre le travail de la force électrostatique et sa variation d’énergie potentielle d’autre part. D’après le 1-2- le travail du poids est: 𝑊 𝐴𝐵 𝑃 =mg.( 𝑧 𝐴 − 𝑧 𝐵 ) Soit aussi: 𝑊 𝐴𝐵 𝑃 =( 𝐸 𝑝𝐴 − 𝐸 𝑝𝐵 ) 𝑾 𝑨𝑩 𝑷 =− ∆ 𝑬 𝒑

7 D’après l’activité p 185, le travail de la force électrostatique est: : 𝑾 𝑨𝑩 𝑭 𝒆 =− ∆ 𝑬 𝒑 Ces deux forces sont-elle conservatives? Oui, elles ne dépendent pas du chemin suivi. On généralise: La variation d’énergie potentielle d’un système est égale à l’opposé du travail des forces conservatives qui lui sont appliquées. 𝑾 𝑨𝑩 𝑭 𝒄𝒐𝒏𝒔𝒆𝒓𝒗𝒂𝒕𝒊𝒗𝒆𝒔 =− ∆ 𝑬 𝒑

8 2 -2- Conservation ou non de l’énergie mécanique Activité expérimentale: A l’aide d’un logiciel de pointage et de la vidéo pendule pesant, représenter les variations de son énergie cinétique, de son énergie potentielle et de son énergie mécanique en fonction du temps sur un même graphique. Quelles sont les forces appliquées à la masse du pendule? Sont elles conservatives? Le poids, la tension du fil et les forces de frottements que l’on néglige. Quel est le signe de leur travail? Le travail du poids est positif en descente et négatif en montée, alors que le tension du fil ne travail pas. Conclure.

9 𝑬 𝒎 =𝒄𝒐𝒏𝒔𝒕𝒂𝒏𝒕𝒆 ∆ 𝑬 𝒑 =−∆ 𝑬 𝒄
Généralisation: Lorsqu’un système est soumis à des forces conservatives et/ou à des forces non conservatives qui ne travaillent pas, son énergie mécanique se conserve. Les transferts d’énergie se font entre l’énergie potentielle et l’énergie cinétique. Doc 9 p 193 𝑬 𝒎 =𝒄𝒐𝒏𝒔𝒕𝒂𝒏𝒕𝒆 ∆ 𝑬 𝒑 =−∆ 𝑬 𝒄

10 ∆ 𝑬 𝒎 =𝑾( 𝒇 𝒏𝒐𝒏 𝒄𝒐𝒏𝒔𝒆𝒓𝒗𝒂𝒕𝒊𝒗𝒆𝒔 )
Lorsqu’un système est soumis à des forces non conservatives qui travaillent, son énergie mécanique ne se conserve pas. Sa variation est égale au travail des forces non conservatives. Doc 10 ∆ 𝑬 𝒎 =𝑾( 𝒇 𝒏𝒐𝒏 𝒄𝒐𝒏𝒔𝒆𝒓𝒗𝒂𝒕𝒊𝒗𝒆𝒔 )

11 .Exercices n°1, 2, 5, 6, 9, 13, 15, 17, 21, 23, 24, 28, 29, 30 p195.