Concours paramédicaux
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Concours socio-éducatifs
Lorsqu'une force travaille, elle peut modifier certaines propriétés du système sur lequel elle s'exerce.
On peut quantifier ces modifications en termes d'énergie, ou plutôt d'énergies.
Remarques : toutes les énergies s'exprimant en joules (J), cette unité ne sera pas précisée à chaque fois. Pour tous les tests, on prendra g = 9,8 N
kg−1.
On peut quantifier ces modifications en termes d'énergie, ou plutôt d'énergies.
Remarques : toutes les énergies s'exprimant en joules (J), cette unité ne sera pas précisée à chaque fois. Pour tous les tests, on prendra g = 9,8 N

1. Énergie cinétique
• Un solide en mouvement possède une forme d'énergie liée à sa vitesse : on l'appelle énergie cinétique Ec.
Pour un solide de masse m (kg) en translation à la vitesse v (m
s−1) :
.
Pour un solide de masse m (kg) en translation à la vitesse v (m


• Théorème de l'énergie cinétique
Dans un référentiel galiléen, la variation de l'énergie cinétique d'un solide en translation entre deux points A et B est égale à la somme des travaux des forces extérieures qui s'exercent sur le solide :

Cette relation traduit le fait que le travail moteur d'une force augmente l'énergie cinétique (donc la vitesse) du solide en translation ; inversement le travail résistant d'une force diminuera l'énergie cinétique du solide.
Test n°1Test n°2Test n°3
Dans un référentiel galiléen, la variation de l'énergie cinétique d'un solide en translation entre deux points A et B est égale à la somme des travaux des forces extérieures qui s'exercent sur le solide :

Cette relation traduit le fait que le travail moteur d'une force augmente l'énergie cinétique (donc la vitesse) du solide en translation ; inversement le travail résistant d'une force diminuera l'énergie cinétique du solide.
Test n°1Test n°2Test n°3
2. Énergie potentielle de pesanteur
Pour élever un solide immobile d'un point A (altitude zA) à un point B (altitude zB), il faut fournir un travail moteur pour compenser le travail résistant du poids ; pourtant l'énergie cinétique du solide ne varie pas. C'est donc une autre forme d'énergie qui est mise en jeu.Un solide possède une forme d'énergie liée à son interaction gravitationnelle avec la Terre : on l'appelle énergie potentielle de pesanteur Epp.
Pour un solide de masse m (kg) à l'altitude z (m) :

L'axe (Oz) est nécessairement un axe vertical ascendant.
La valeur de Epp dépend de l'origine choisie pour cet axe : on dira que l'énergie potentielle de pesanteur est définie « à une constante près ».
En revanche la variation d'énergie potentielle de pesanteur ne dépend pas du choix de l'origine.
Test n°4Test n°5
3. Énergie mécanique
• On définit l'énergie mécanique Em d'un solide comme la somme de son énergie cinétique Ec et de son énergie potentielle de pesanteur Epp :
.

• Lorsqu'un solide n'est soumis qu'à son poids et à des forces dont le travail est nul, alors son énergie mécanique se conserve.
Par contre il peut y avoir conversion d'énergie cinétique en énergie potentielle de pesanteur et inversement.
Exemples : solide en chute libre, solide glissant sans frottements sur un plan incliné, pendule simple…
La conservation de l'énergie mécanique permet de retrouver la vitesse v (m
s−1) d'un solide en chute libre sans vitesse initiale depuis une hauteur h (m) :
ou
.
Test n°6Test n°7Test n°8
Par contre il peut y avoir conversion d'énergie cinétique en énergie potentielle de pesanteur et inversement.
Exemples : solide en chute libre, solide glissant sans frottements sur un plan incliné, pendule simple…
La conservation de l'énergie mécanique permet de retrouver la vitesse v (m



Test n°6Test n°7Test n°8
4. Énergie interne et énergie totale
• Les effets du travail d'une force ne se limitent pas à la modification de l'énergie cinétique ou de l'énergie potentielle de pesanteur : déformation d'un système, élévation de sa température…
L'énergie interne U mesure l'énergie emmagasinée par le système au niveau microscopique :
L'énergie interne U mesure l'énergie emmagasinée par le système au niveau microscopique :
- énergie cinétique microscopique, c'est-à-dire agitation thermique ;
- énergie potentielle microscopique, due aux interactions entre les atomes, les molécules…
• On définit l'énergie totale d'un système comme la somme de son énergie mécanique et de son énergie interne :
c'est-à-dire
.


• Un système peut échanger de l'énergie avec son environnement par trois modes : travail, transfert thermique et rayonnement.
Un système qui n'échange ni travail, ni chaleur, ni rayonnement avec son environnement est énergétiquement isolé. Son énergie est constante : seules peuvent avoir lieu des conversions internes d'une forme d'énergie en une autre.
Test n°9Test n°10
Un système qui n'échange ni travail, ni chaleur, ni rayonnement avec son environnement est énergétiquement isolé. Son énergie est constante : seules peuvent avoir lieu des conversions internes d'une forme d'énergie en une autre.
Test n°9Test n°10
5. Les transferts thermiques
• Le transfert thermique entre deux corps en contact s'effectue spontanément du corps le plus chaud vers le corps le plus froid et s'arrête lorsque les deux corps sont à la même température (équilibre thermique).
Un transfert thermique peut modifier la température d'un corps, mais aussi provoquer un changement d'état (vaporisation, solidification…).
Un transfert thermique peut modifier la température d'un corps, mais aussi provoquer un changement d'état (vaporisation, solidification…).
• Un transfert thermique peut s'effectuer :
- par conduction, c'est-à-dire sans transfert de matière (ex : tige métallique chauffée à une extrémité) ;
- par convection, c'est-à-dire avec transfert de matière (ex : mouvement de l'air chaud qui s'élève).
• Le rayonnement est aussi un transfert thermique, mais qui s'effectue sans contact entre les deux corps : ainsi le rayonnement solaire transfère à la Terre une énergie considérable sous formes d'ondes électromagnétiques (lumière).
Le transfert d'énergie par rayonnement peut se faire sur de très grandes distances y compris dans le vide.
Test n°11
Le transfert d'énergie par rayonnement peut se faire sur de très grandes distances y compris dans le vide.
Test n°11
À retenir
• L'énergie cinétique d'un solide en translation s'écrit :

(unités : Ec en J ; m en kg ; v en m
s−1).

(unités : Ec en J ; m en kg ; v en m

• Le théorème de l'énergie cinétique lie la variation d'énergie cinétique d'un solide en translation et le travail de la résultante des forces extérieures appliquées :
.

• L'énergie potentielle de pesanteur d'un solide en interaction avec la Terre s'écrit :

(unités : Epp en J ; m en kg ; g en N
kg−1 ; z en m).

(unités : Epp en J ; m en kg ; g en N

• L'énergie mécanique Em d'un solide est la somme de son énergie cinétique Ec et de son énergie potentielle de pesanteur Epp.
Lorsqu'un solide n'est soumis qu'à son poids et à des forces dont le travail est nul, alors son énergie mécanique se conserve.
Lorsqu'un solide n'est soumis qu'à son poids et à des forces dont le travail est nul, alors son énergie mécanique se conserve.
• On définit l'énergie totale d'un système comme la somme de son énergie mécanique et de son énergie interne U.
L'énergie totale d'un système énergétiquement isolé est constante.
L'énergie totale d'un système énergétiquement isolé est constante.
• Un système peut échanger de l'énergie avec son environnement par travail, transfert thermique ou rayonnement.