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Travail et énergie : Introduction

Transcription de la vidéo

alors on va parler aujourd'hui de travail et d'énergie donc c'est des mots qui a certainement déjà entendu ils sont utilisés dans plein de contextes différents bien sûr le travail la première idée qui nous vient à la tête c'est l'activité qui nous permet de gagner notre vie et l'énergie on entend aussi beaucoup parlé de ça aujourd'hui puisque c'est quelque chose qui à l'origine de toutes les activités humaines et on sait qu'un des grands défis de notre société assez de régler l'approvisionnement en énergie pour l'humanité alors ici on va se restreindre au domaine spécifique de la physique et on va définir ces deux notions donc le travail alors on va commencer par faire une petite définition donc on va voir en fait que la définition de travail et la définition d'énergie c'est quelque chose d'un peu circulaire puisque chacune des deux définitions fait appel à l'autre mais bon on va quand même faire les définitions et puis après on va passer aux équations pour essayer de comprendre de manière précise ce que signifient ces deux notions donc le travail le travail ça se définit comme l'énergie fournie par une force lorsque son point d'applications se déplacent l'énergie fournie par une force lorsque son point d'applications se déplace donc ça par exemple on peut imaginer un objet sur lequel s'exerce une force si cette force mais en mouvement cet objet ou si elle déforme cet objet alors l'énergie fournie par cette force correspond au travail on va donc que cette définition de travail a fait appel à deux notions la notion de force donc ça c'est quelque chose que tu as déjà certainement vu en physique c'est une masse fois une accélération l'équivalent d'une masse fois une accélération et il ya aussi la notion d'énergie alors énergie on va voir comment on peut le définir donc qu'est-ce qu'une énergie donc si je regarde sur wikipédia on à l'énergie et la capacité d'un système à produire à produire un travail donc l'énergie c'est la capacité d'un système à produire un travail donc là on voit déjà que ces deux notions travail énergie de son pote du tout indépendante puisque on a besoin de faire appel à l'une pour définir l'autre et vice et versa et donc on aura l'occasion de voir aussi un petit peu plus loin que l'énergie c'est une grandeur physique qui caractérise l'état d'un système et qui de manière générale se conserve lors d'une transformation mais bon on verra ça un petit peu plus loin donc là ce qu'on va faire c'est qu'on va passer aux équations pour avoir une idée un peu plus quantitative de la définition de ces deux notions donc on définit en physique et plus précisément en mécanique le travail comme étant égal au produit force fois distance donc si je prends un petit exemple ci-dessous on peut penser par exemple un cube un cube posé sur une phase sans frottement imaginons une patinoire par exemple et on applique à ce cube une force f qui est égal à mettons dit newton qu'on applique cette force sur le cube et le cube va se déplacer 2 0 à mettons cette m quel est le travail produit par cette force quelle est l'énergie fournie par cette force lorsque son point d'applications se déplace donc on peut effectuer le calcul alors il faut savoir que ce travail on le note souvent w donc c'est ce que je vais faire ici donc le travail étant notées w il est égal à l'on vient de dire la force donc ici dit newton dit newton fois la distance ici notre cub a parcouru 7 m ce qui fait dix fois cette soixante dix 70 et l'unité cd newtons mètres newton fois des maîtres alors cette unité le newton mètre c'est aussi plus connu sous le nom de joule c'est ce qu'on appelle des joule ces unités qui convient à la fois pour le travail et pour l'énergie mais on vient de le voir de toute façon le travail et l'énergie c'est des définitions qui sont circulaires l'une fait appel à l'autre donc c'est normal qu'on puisse les exprimer avec la même unité donc le travail qui est l'énergie fournie par une force lorsque son point d'applications se déplace est exprimée en joules et l'énergie qu'ils aient la capacité d'un système à produire un travail également exprimée en jours en tout cas du point de vue des équations et en physique il faut bien retenir que le travail que l'on note w c'est le produit d'une force fois une distance ça c'est la notion à bien comprendre travail égal force fois distance alors on va maintenant développer un petit exemple pour essayer de bien fixer les choses et de voir si on a bien compris ces deux notions alors la situation est la suivante on se déplace sur une surface horizontale donc une surface horizontale sans frottement ça peut être comme on vient de le dire avant une patinoire par exemple donc on a un bloc sur lequel on implique une force ce bloc à une certaine masse m et il va donc se déplacer entre l'origine le point a et le point d'arrivée c'est à dire le point b donc la question est à quel vitesse cet objet arrive au point b on imagine bien sûr que ça va dépendre de la force qu'on applique sur cet objet donc pour rappel je remets la définition du travail que l'on note w convient dénoncé juste avant c'est le produit de la force fois la distance d'autre part tu as dû voir dans les cours sur le mouvement que l'on pouvait écrire que la vitesse finale au carré est égale à la vitesse initiale au carré plus deux fois à foix des ae temps l'accélération et des étangs la distance en fait on va même faire une petite parenthèse pour remontrer rapidement d'où vient cette formule donc si on a comme ici le graphe de la vitesse en fonction du temps c'est la courbe en verre ici donc une vitesse initiale et une vitesse finale par exemple qui est plus grande que la vitesse initiale et j'ai assuré deux aires en dessous en couleurs donc qu'est-ce qu'on sait on sait que l'accélération se définit comme une variation de vitesse par unité de temps donc par exemple ici vf - veiller sur delta tc le temps qui s'est écoulé entre l'instant initial et l'instant final donc ça c'est par définition deuxièmement on peut dire que la distance parcourue c'est sur ce graphe l'air qui est sur la courbe dont claire qui est sous la courbe c'est la somme d'une ère rectangulaire delta t delta tc le temps qui s'est écoulé entre l'instant initial et l'instant auquel on regarde la vitesse finale donc delta t x v hisser ce rectangle en violet auquel on ajoute l'ère du triangle en orange delta tréfois vf - veiller sur deux donc ça c'est base fois auteur d et par deux et donc en somme en l'air de ces deux figures le rectangle et le triangle et bien on obtient la distance parcourue entre l'instant initial et instinct final si on remplit si on remplace dans cette deuxième expression delta t par son lien avec l'accélération delta tc delta v / rare et bien obtient cette expression pour la distance que l'on peut reformuler en vf au carré est égal à v y plus de zad et donc simplement en utilisant de la cinématique on peut retrouver cette formule qu'on va utiliser dans ce problème en reprenant cette équation vf carré est égal avec carey +2 à d si on déroule dans ce cas particulier alors on commence avec un bloc qui a une vitesse initiale nul il est au repos donc ça ça va valoir 0 je peux le bar et ça nous donne vf carré est égal à 2 années alors est ce qu'on peut faire apparaître les forces dans cette équation on sait bien que la masse fois l'accélération est égale à la somme des forces donc en fait je peux remplacer dans cette équation l'accélération par l'accélération c'est la force / le mas donc si je remplace dans cette équation ça fait deux fois la distance / la masse et donc ici on reconnaît on voit apparaître qu est ce qu on voit apparaître la définition du travail donc je pourrais écrire également vf carré est égale à deux fois w sur m soit w qui est égal à un demi de la masse fois la vitesse au carré donc j'ai enlevé lundi seif puisque toute façon on avait une vitesse initiale nul donc quand on parle de vitesse c'est au point baisser la vitesse finale ici donc on arrive avec cette relation le travail qui est égal à 1,2 me de lamaze fois la vitesse au carré donc on peut également exprimé en fait la vitesse en fonction du travail a on peut dire que la vitesse c'est égal à la racine carrée de 2w sur m mais ce qui est plutôt sur hem pardon mais ce qui est plutôt important à retenir ici c'est cette expression 1/2 de mv carré 1/2 de mv car et c'est ce qu'on appelle l'énergie cinétique énergie cinétique et donc ça l'énergie cinétique ça se définit comme l'énergie que possède un corps du fait de son mouvement par rapport à un référentiel données et donc en fait elle s'exprime en joules et pour un point matériel l'énergie cinétique est égal au travail des forces appliquées nécessaire pour faire passer le corps du repos à son mouvement c'est exactement ce qu'on vient de faire ici on vient de faire passer notre bloc de la situation de repos à la situation de mouvement avec une vitesse vf convient de relier au travail on va donc s'arrêter là pour cette vidéo ce qu'il faut bien retenir c'est la formule qu'on a en violet ici le travail c'est le produit d'une force fois une distance ensuite on a montré dans ce cas précis aussi que le travail peut s'exprimer comme l'énergie cinétique 1/2 de mv carrés qui en fait l'énergie nécessaire pour faire passer le système de l'état de repos à une vitesse v ensuite dans les prochaines vidéos qui vont suivre on va voir d'autres formes d'énergie puisque l'énergie cinétique n'est pas la seule forme d'énergie bien sûr est également la loi de conservation des de l'énergie lors d'une transformation donc on s'arrête là et on se donne rendez-vous dans les prochaines vidéos pour en savoir plus