Analyser les transferts énergétiques

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Classe(s) : Tle S | Thème(s) : Temps, mouvement et évolution
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Analyser les transferts énergétiques

FB_Bac_98618_PhyT_S_029

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Rappels de cours

1Énergie mécanique

L’énergie mécanique E totale d’un système est la somme de son énergie potentielle (>fiche28) et de son énergie cinétique  :


Ec = m v²


, et en

m en kg ; v en

2Conservation de E en l’absence de frottements


En l’absence de frottement, lorsque l’énergie potentielle diminue, l’énergie cinétique augmente, et inversement, de sorte que la somme reste constante.

Il y a transformation d’une forme d’énergie (cinétique ou potentielle) en une autre.


exemple Le mouvement d’un skieur dans un « tube ».

3Amortissement


Le mouvement d’un pendule simple réel (>fiche25)s’amortit : partie de , la masse ne remonte que jusqu’à .

Toute l’énergie potentielle en n’est pas convertie en énergie cinétique en  : de l’énergie est dissipée sous forme de chaleur. Cette perte correspond au travail des forces de frottement, notées .

Le système est dissipatif. L’énergie mécanique totale n’est pas conservée ; elle diminue. La perte d’énergie vaut :



et en

Méthode

Interpréter un phénomène dissipatif

On a mesuré les énergies cinétique Ec, potentielle Ep et mécanique totale E d’un dispositif solide-ressort de raideur k. À l’instant t= 0, la masse est lâchée sans vitesse initiale avec l’élongation Xmax.



1. Que valent Ec, Ep et E à l’instant t= 0 ?

2. À quels instants Ec est-elle maximale ? Que vaut alors Ep ?

3. Le système est-il conservatif ? Pourquoi E diminue-t-elle par paliers ?

Conseils

2. Observer les courbes et se reporter au schéma du dispositif.

3. Rechercher quelle est l’origine de la dissipation d’énergie.

Solution

1. À l’instant t= 0, le système est lâché sans vitesse initiale, donc : Ec (0) = 0. L’élongation vaut Xmax donc .

L’énergie mécanique totale vaut alors .

2.Ec est maximale aux instants t1 et t3 où la masse passe par la position 0. Ep est alors nulle parce que l’élongation x vaut 0.

3. Le système n’est pas conservatif car l’énergie mécanique totale diminue. Elle diminue plus fortement lorsque les frottements sont les plus importants, c’est-à-dire lorsque la vitesse est maximale : passage en 0 aux instants t1, t3 etc. Elle ne diminue pas lors des passages en – Xmax et +Xmax aux instants 0, t2, t4 etc. où la vitesse est nulle.

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