A) Je sais donner et utiliser l’expression du travail d’une force constante
Pour modifier le mouvement d’un système, on exerce une force sur le système.
La force n’a pas le même impact sur le mouvement d’un système, selon la direction et le sens de la force par rapport à la direction et le sens du mouvement.
ex. : un cycliste roule le vent dans le dos. La force, due au vent qui s’exerce sur lui a la même direction et le même sens que la direction et le sens du mouvement du cycliste. Il va alors beaucoup plus vite qu’un cycliste roulant contre ce vent.
Le travail d’une force est la grandeur physique qui permet de quantifier les effets d’une force.
Il a la dimension d’une énergie.
On le mesure en joules (J).
expression générale du travail d’une force vecteur F exercée sur un objet pour le déplacer d’un point A vers un point B : WAB(F)=F.AB=F×AB×cos(α) avec :
WAB(F) le travail de la force F pour un déplacement de A vers B en J (Joules)
F la force en N
AB la distance parcourue par l’objet en m
α l’angle entre les vecteurs F et AB
Il existe trois types de travaux selon la valeur de WAB(F) :
travail moteur si WAB(F)>0, donc si 0∘<α<90∘
travail nul si WAB(F)=0, donc si α=90∘
travail résistant si WAB(F)<0, donc si 90∘<α<180∘
B) Je connais le vocabulaire pour décrire les différents types de force
force conservative : toute force pour laquelle le travail ne dépend pas du chemin suivi mais uniquement du point de départ et du point d’arrivée
On lui associe une énergie potentielle.
Ex. : force électrique, force gravitationnelle et poids
force non conservative : toute force dont le travail dépend du chemin suivi
ex. : force de frottement
C) Je sais établir et exploiter les expressions du travail d’une force constante
travail d’une force de pesanteur : WAB(P)=m×g×(zA−zB)
travail d’une force électrique : WAB(F)=q×(UA−UB)
D) Je sais établir l’expression du travail d’une force de frottement d’intensité constante dans le cas d’une trajectoire rectiligne
Une force de frottement f s’oppose au déplacement AB.
Le travail d’une telle force est toujours résistant.
Son expression sera donc :
WAB(f)=f.AB=f×AB×cos(180∘)
WAB(f)=−f×AB
car cos(180∘)=−1
2Transferts d’énergie au cours d’un mouvement
A) Je sais analyser les transferts énergétiques au cours d’un mouvement d’un point matériel
L’énergie mécanique est la somme de l’énergie cinétique et de l’énergie potentielle.
théorème de l’énergie mécanique :
la variation d’énergie mécaniqueEm est égale au travail des forces non conservatives W(f).
ΔEm=W(f)
Si on néglige la force de frottement, il n’y a que des forces conservatives : ΔEm=0 J.
L’énergie mécanique se conserve.
Ex. : au cours d’une chute libre, l’énergie potentielle est convertie en énergie cinétique et vice-versa.
S'il y a une force de frottement :ΔEm=W(f)<0 J.
L'énergie mécanique décroît.
Ex. : au cours d’une chute avec frottement, une partie de l’énergie potentielle est convertie en énergie cinétique et une autre partie est dissipée sous forme d’énergie thermique.
B) Je sais reconnaître l’influence des phénomènes dissipatifs (force de frottement) sur l’énergie
Lorsqu’une force de frottement s’exerce sur le système, une certaine partie de l’énergie est dissipée.
Dans le cas d’une oscillation : il y a diminution de l’amplitude au cours du temps.
Dans le cas d’une chute : la vitesse finale mesurée est inférieure à la vitesse calculée.