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Énergie

Travail, énergie cinétique, énergie potentielle, conservation de l’énergie et puissance, avec les calculs détaillés. Dans le laboratoire d’énergie, tu fais circuler un train de montagnes russes avec des barres d’énergie et un curseur de frottement. Tu peux aussi pousser ou soulever une charge pour observer le travail et la puissance.

Progression

À propos de ce cours

Passer un examen ou tenir un sac lourd semble demander beaucoup de travail, mais en physique aucun des deux ne compte comme tel. Le travail a un sens strict : une force ne travaille sur un objet que si l'objet se déplace, et seule la composante de la force orientée dans le sens du mouvement intervient. Lorsqu'un travail est effectué, de l'énergie est transférée ; c'est ce lien qui rend l'idée importante.

Les six unités portent sur ce qu'est l'énergie, le travail comme force multipliée par la distance, l'énergie cinétique, l'énergie potentielle, la conservation de l'énergie et les montagnes russes, puis la puissance. Un jardinier pousse une tondeuse avec une force de 75.0 N le long d'un manche incliné de 35° sous l'horizontale sur 25.0 m : le travail vaut 75.0 × 25.0 × cos 35° = 1536 J, soit 0.37 kcal d'énergie alimentaire. L'énergie cinétique comporte un carré : passer de 60 km/h à 90 km/h multiplie la vitesse par 1.5, mais la distance de freinage par 2.25. En utilisant la formule à l'envers, une balle de tennis à 100 km/h possédant environ 22 J donne une masse de 57 g, celle d'une vraie balle de tennis. Le laboratoire d'énergie fait fonctionner des montagnes russes avec des barres d'énergie et un curseur de frottement, et te laisse pousser ou soulever une charge pour observer le travail et la puissance.

Dans les montagnes russes, l'énergie potentielle devient cinétique en descente, puis redevient potentielle à la montée suivante. Les rails réels et l'air effectuent un travail négatif : KE + PE diminue donc progressivement, mais l'énergie n'est pas détruite : KE + PE + chaleur reste constant. L'unité sur la puissance donne 1 hp = 746 W et rappelle qu'une ampoule à incandescence de 60 W ne fournit qu'environ 5 W de lumière.

Avant de commencer

Le travail est une force multipliée par une distance ; il vaut donc mieux savoir ce qu’est un newton grâce à Les forces et ce qu’est une vitesse grâce à Le mouvement. Les formules comportent un carré pour l’énergie cinétique et un cosinus pour un problème de tondeuse, et la plupart des réponses demandent une calculatrice.

À la fin du cours

Tu sauras calculer un travail à partir d’une force et d’une distance, l’énergie cinétique d’une voiture et l’énergie potentielle stockée en soulevant une caisse ou en comprimant un ressort. Tu expliqueras pourquoi doubler la vitesse quadruple l’énergie cinétique, prévoiras la vitesse d’un grand huit au bas d’une côte, trouveras la puissance de quelqu’un qui monte un escalier en courant et transformeras l’usage quotidien d’un ordinateur en kWh.

  1. 1Qu’est-ce que l’énergie ?Un joule permet de soulever une pomme de 100 g sur environ 1 m ; une voiture de 1000 kg à 90 km/h en possède environ 310 000.
  2. 2Travail : force multipliée par distancePousser une tondeuse sur 25 m avec une force de 75 N inclinée de 35° sous l’horizontale produit un travail de 1540 J, soit environ un tiers de Calorie alimentaire.
  3. 3Énergie cinétiqueUne voiture à 100 km/h possède quatre fois l’énergie cinétique qu’elle a à 50 km/h.
  4. 4Énergie potentielleSoulever de 1 m un poids de coucou de 0.500 kg stocke 4.90 J, que l’horloge utilise pendant la descente du poids.
  5. 5Conservation de l’énergie et montagnes russesUn wagon de montagnes russes partant du repos au sommet d’une bosse de 20.0 m atteint 19.8 m/s en bas si les frottements sont négligeables, quelle que soit sa masse.
  6. 6Puissance : à quelle vitesse le travail est effectuéUne femme de 60.0 kg qui monte en courant un escalier de 3.00 m en 3.50 s développe 538 W, un peu moins d’un cheval-vapeur britannique.

Cours associés

  • Le mouvement
    Position, vitesse, vecteur vitesse et accélération, puis chute et trajectoire des objets. Dans le laboratoire de mouvement, tu lances une balle sur Terre, sur la Lune ou sur Mars, et la durée du vol, la hauteur et la portée se calculent sous tes yeux.
  • Les forces
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Sources de ce cours (8)
  • OpenStax College Physics 2e (openstax.org/books/college-physics-2e): 7.1 Work: the scientific definition (W = F d cos θ, briefcase cases, 1 J = 1 N·m, 1 J lifts a 100 g apple about 1 m, lawn mower 75.0 N at 35° for 25.0 m = 1.54 × 10³ J, 1 kcal = 4186 J, under 10% of food energy goes into work)
  • 7.2 Kinetic energy and the work-energy theorem (KE = ½ m v², 30.0 kg package at 0.500 m/s = 3.75 J, 120 N push with 5.00 N friction over 0.800 m = 92.0 J net, final speed 2.53 m/s, a car at 100 km/h has four times the KE it has at 50 km/h)
  • 7.3 Gravitational potential energy (ΔPE = m g h, reference level, path independence, 0.500 kg cuckoo clock weight raised 1.00 m = 4.90 J, 60.0 kg person landing stiffly from 3.00 m, roller coaster 20.0 m hill: 19.8 m/s, and 20.4 m/s with a 5.00 m/s start, mass cancels)
  • 7.4 Conservative forces and potential energy (spring PE = ½ k x², 0.100 kg toy car, k = 250 N/m, 4.00 cm, 0.180 m rise)
  • 7.5 Nonconservative forces (friction turns mechanical energy into thermal energy)
  • 7.6 Conservation of energy (statement of the law, forms of energy, Table 7.1: 1000 kg car at 90 km/h 3.1 × 10⁵ J, tennis ball at 100 km/h 22 J, mosquito 1.3 × 10⁻⁶ J, daily food intake 1.2 × 10⁷ J, 1 gallon gasoline 1.2 × 10⁸ J, 1 g fat 3.9 × 10⁴ J; efficiency, Table 7.2: cycling and climbing 20%, swimming at the surface 2%, gasoline engine 30%, diesel 35%, coal power plant 42%, electric motor 98%, solar cell 10%)
  • 7.7 Power (P = W ÷ t, 1 W = 1 J/s, 1 hp = 746 W, 60.0 kg woman up 3.00 m stairs in 3.50 s reaching 2.00 m/s = 538 W, Table 7.3: Sun 4 × 10²⁶ W, car 8 × 10⁴ W, person at rest 100 W, heart at rest 8 W, clothes dryer 4 × 10³ W, a 60 W incandescent bulb gives 5 W of light, power plants turn 35 to 40% of fuel energy into electricity, E = P t, 0.200 kW computer 6.00 h a day for 30.0 days = 36.0 kWh, $4.32 at $0.120 per kWh)
  • g = 9.8 m/s² as in OpenStax examples (NIST standard gravity 9.80665 m/s², physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?gn).

Consulté le: 2026-10-17