Question sur la loi de Newton E = F x Distance

[JulienVictor]

Bonjour

Selon Newton l'Energie est le produit de la force appliqué à un objet et son chemin parcouru pour résumer.
Et la force est l'accélértion fois la masse de cet objet si je me trompe pas.


Mtn si je mets en mouvement un objet ayant p.e. une masse de 1 kg avec une vitesse constante, donc sans accéleration, l'énergie du mouvement est selon cette loi alors nulle, non ? Après je sais qu'il y aussi la formule de Ec = (masse x vitesse^2 ) / 2 , donc selon cette dernière oui l'objet a une énergie.

Pourriez-vous svp m'éclairer si possible ?


Cdlt
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[antek]

Mtn si je mets en mouvement un objet ayant p.e. une masse de 1 kg avec une vitesse constante, donc sans accéleration, l'énergie du mouvement est selon cette loi alors nulle, non ?

Si la force appliquée à la masse est nulle le travail est nul.
L'objet possède néammoins une énergie cinétique.

[mach3]

Le travail (produit des forces par le déplacement) est égale à la variation de l'énergie cinétique, pas à l'énergie cinétique elle-même.

Si vous avez un mobile de 1kg se déplaçant à 1m/s, son énergie cinétique est de 0,5J. Appliquons lui une force de 1N dans la direction de son déplacement pendant 1s, l'accélération est de 1m/s² et la vitesse atteint alors 2m/s, l'énergie cinétique est maintenant de 2J. La variation de l'énergie cinétique est donc de 1,5J. Quel est le travail de la force? pour cela il nous faut connaitre le déplacement durant la seconde pendant laquelle la force de 1N a été appliquée. L'accélération est de a=1m/s², la vitesse initiale de v0=1m/s, on obtient v0t + at²/2 = 1,5m si t=1seconde. Le travail est donc de 1N multiplié par 1,5m : 1,5J. Mince! ça marche!

m@ch3

[JulienVictor]

D'accord, merci, surtout pour la dernière réponse détaillée

Alors prenant un autre exemple, je deplace un objet de 1 kg à vitesse constante 1 m / s sur un chemin de 1 m . Ec vaut ici donc 0,5 Joule , le travail 0 .

Je reprends le meme objet et je déplace sur la meme distance de 1m sans vitesse au début pour en avoir, sous accélération constante de 2 m / (s^2), 2 m / s à la fin du chemin. Avec Vmoyenne de 1 m / s donc ici on a comme Ec de 0,5 J aussi, et le travail vaut 2 J (1 kg x 2 m s^2 x 1m ), est-ce ca ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[mach3]

Je reprends le meme objet et je déplace sur la meme distance de 1m sans vitesse au début pour en avoir, sous accélération constante de 2 m / (s^2), 2 m / s à la fin du chemin. Avec Vmoyenne de 1 m / s donc ici on a comme Ec de 0,5 J aussi, et le travail vaut 2 J (1 kg x 2 m s^2 x 1m ), est-ce ca ?

Attention l'énergie cinétique ne se calcule pas avec la vitesse moyenne... Vous avez une énergie cinétique nulle au départ, puis une fois que l'objet va à 2m/s, elle est de 2J (2²/2). Une variation de 2J donc, égale bien évidemment au travail 2N x 1m.

m@ch3

[Nicophil]

Bonjour,

Je reprends le meme objet et je déplace sur la meme distance de 1m sans vitesse au début pour en avoir, sous accélération constante de 2 m / (s²), 2 m / s à la fin du chemin.

Il ne faut pas prendre d'exemple avec 2 car on tombe sur des coïncidences qui peuvent induire en erreur...

Une accélération de 5 m/s² (soit 5 N pour un kg) multipliée par une distance de 3 m, c'est un travail spécifique de 15 m²/s², soit 15 J pour un kg.

[JulienVictor]

Ah oui c'est vrai, on retrouve ainsi bien que le travail représente la variation aussi.

J'ai une question aussi, qd je fais monter cet objet de 1 kg verticalement à vitesse constante de 1 m / s on va dire , il se déplace avec une énergie cinétique de 0,5 J donc, mais le travail n'est pas nul non vu que on a la pesenteur en face, il correspond à la variation de l'énergie potentiel ici, non ?

[Nicophil]

Alors l'énergie mécanique générée par ton travail n'est pas de l'énergie cinétique mais de l'énergie gravifique.

[mach3]

J'ai une question aussi, qd je fais monter cet objet de 1 kg verticalement à vitesse constante de 1 m / s on va dire , il se déplace avec une énergie cinétique de 0,5 J donc, mais le travail n'est pas nul non vu que on a la pesenteur en face, il correspond à la variation de l'énergie potentiel ici, non ?

si vitesse constante, alors somme des forces nulles (1ere loi), donc travail nul. Pour qu'un objet se déplace à vitesse constante dans un champ de pesanteur, il faut lui appliquer une force égale et opposé au poids. Le travail de cette force compensera exactement le travail du poids.

m@ch3

[JulienVictor]

Energie gravifique est pour toi un synonyme d'énergie potentielle ?

Mais y a bien une énergie cinétique de déplacement de l'objet aussi, non ?

[JulienVictor]

@mach3 : Donc du coup, pour etre sur avoir bien compris, il n'y a pas de travail en jeu dans ce mouvmenet verticale à vitesse constante, tous les vecteurs de forces s'annulent.

[Nicophil]

Energie gravifique est pour toi un synonyme d'énergie potentielle ?

Oui : énergie potentielle gravifique dans le champ de gravité ou plutôt énergie potentielle de pesanteur dans le champ de pesanteur.

il n'y a pas de travail en jeu dans ce mouvement verticale à vitesse constante

Ah bon ?? cool, j'emménage au 20è étage et je savais pas comment annoncer aux déménageurs que l'ascenseur est en panne.

Mais y a bien une énergie cinétique de déplacement de l'objet aussi, non ?

Déjà dit par m@ch3 : L'objet a de l'énergie cinétique mais elle ne varie pas.

[JulienVictor]

Il y a alors 2 avis partagés ici, l'un dis il n'y aurait pas de travail ds ce dernier exemple de mouvement, l'autre si.

L'énergie cinétique est présente, à un moment donné je pensais lire que non par un, mais ok donc mtn.

L'énergie potentielle s'acroit linéairement en montant l'objet, donc l'équivalent doit etre fournis pour faire monter l'objet je suppose.
Il y a donc une variation aussi.

Comment évoluer alors toute l'énergie qui doit etre fournis pour monter l'objet ?

Cdlt

[Nicophil]

Comment évolue alors toute l'énergie qui doit etre fournie pour monter l'objet ?

L'énergie potentielle s'accroit linéairement en montant l'objet,

Oui : sa variation est proportionnelle à la différence d'altitude.

donc l'équivalent doit etre fournie pour faire monter l'objet je suppose.

Oui, les déménageurs doivent travailler.
Ou alors le moteur électrique de l'ascenseur. Grâce à l'énergie électrique générée peut-être grâce à l'énergie cinétique acquise par l'eau en chutant (barrage).

[JulienVictor]

Merci. Je pense y a un peu l'amalgame entre le terme travail de la physique et celui du quotidien dans style de boulot.

Bon ok, alors voyons. pour monter un objet de 1 kg 1 m plus haut, on a donc besoin de fournir l'Epotentielle de ici 9,81 J .
Ensuite, doit on ajouter en faisant le bilan de toutes les énergies à fournir celle de la Ecinetique ? C'est à dire si je monte l'objet avec une vitesse de 10 m / s au lieu de 1m / s , aurais-je besoin de plus d'énergie à fournir ?
Quel est le role, ou impact, si le mouvement ce fait à vitesse constante ou à vitesse accélérée, pensant à la formule du travail ( f x distance ) ?

On peut penser aussi à un modèle dans lequel on doit définir l'énergie consommée par exemple par un moteur électrique d'un élévateur.

[Nicophil]

C'est à dire si je monte l'objet avec une vitesse de 10 m / s au lieu de 1m / s , aurais-je besoin de plus d'énergie à fournir ?

la formule du travail ( f x distance ) ?

On a alors la puissance = travail / durée = f x vitesse.

Je paie mes déménageurs pour le travail = poids des cartons x hauteur.
Ils vont faire ce travail le plus vite possible mais leur puissance est limitée (coeur qui bat) ; moi je m'en fiche du temps que ça prendra, je ne les paie pas à l'heure.
Donc non, dans ce cas le travail est indépendant de la vitesse.

[mach3]

Faisons le bilan pour le déménagement. Mettons qu'on a 100kg à monter de 10m. Ces 100 kg sont immobiles au début et à la fin (dans le référentiel d'étude). Leur énergie potentielle doit augmenter de 9800J, mais leur énergie cinétique est nulle au début et à la fin (elle est non nulle pendant le trajet). Donc la somme de tous les travaux entre le début et la fin est nulle.
On peut envisager que les déménageurs accélèrent la charge brièvement vers le haut, la monte ensuite à vitesse constante, puis décèlerent brièvement une fois en haut. Durant la montée à vitesse constante, la somme des travaux est nulle, l'énergie cinétique ne change pas, par contre il y a transfert d'énergie potentielle chimique (molécules d'ATP dans les muscles des déménageurs) vers l'énergie potentielle de pesanteur. Durant les phases d'accélération et décélération, la somme des forces n'est pas nulle, la somme de travaux non plus : la vitesse et l'énergie cinétique varient. Seulement le travail durant la phase d'accélération annule exactement celui qui à lieu pendant la phase de décélération.
C'est un trajet particulier, mais on peut montrer que pour tout type de trajet, on a le même bilan au global : de l'énergie chimique des déménageurs est convertie en énergie potentielle, 9800J pour être exact. Notons que les déménageurs dépensent plus que 9800J en réalité car le rendement musculaire est faible, et il y a des frottements. Toute l'énergie dépensée en sus des 9800J est dissipée en chaleur.

m@ch3