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15 septembre 2009 2 15 /09 /septembre /2009 10:27

 I L'énergie

 

1- Une valeur marchande


Qu'est-ce que l'énergie ? L'énergie, c'est une grandeur qui se conserve. Ca veut dire que lorsque dans une zone donnée, tant d'énergie a été perdue, à l'extérieur, autant d'énergie a été gagnée, et vice versa.


2- Différentes formes d'énergie


L'énergie se conserve, oui, mais ce qu'il y a de remarquable est qu'elle change de forme. Voici venir une liste des différentes formes d'énergie, mais d'abord, précision nécessaire sur les référentiels.


Car l'énergie d'un système (et surtout l'énergie cinétique) dépend du référentiel ! Un système thermodynamique, ça peut être une casserole, une planète, un frigo, du moment que c'est matériel et bien défini, on peut dire que c'est un système thermodynamique.

Quant au référentiel, c'est quelque chose de nécessaire à la mesure d'une vitesse. On serait tenté de dire qu'une maison ne bouge pas. Mais si on se dit que la Terre tourne sur elle même, alors la maison bouge, elle tourne en rond ! Mais si on se dit que le centre de la Terre tourne autour du Soleil, c'est encore différent ! Tout dépend du référentiel, base que l'on considère immobile. D'ailleurs, que l'on dise que la Terre tourne autour du Soleil, ou que le Soleil tourne autour de la Terre, on peut avoir raison comme tort : tout dépend du référentiel que l'on prend.

Question : Mais alors pourquoi préfère-t-on dire que la Terre tourne autour du Soleil ?


-L'énergie cinétique


C'est une énergie liée au mouvement (kinesis en grec). Plus ça va vite, plus l'énergie est grande. Et plus c'est lourd, plus l'énergie est grande. (La formule c'est « énergie cinétique=0,5*masse de l'objet*le carré de sa vitesse ».) C'est un facteur important dans l'étude d'une voiture (plus c'est lourd plus il faut d'énergie pour arriver à la même vitesse), mais aussi dans les accidents de voitures, ou quand on se prend un coup de poing dans la gueule (plus c'est lourd ou plus c'est rapide, plus ça fait mal...).


-L'énergie potentielle


Plus compliquée à comprendre. C'est une énergie qui est liée aux forces. Il faut surtout savoir que la position la plus stable d'un système est celle où son énergie potentielle est minimale. Bien souvent, la somme de l'énergie cinétique (positive) et de l'énergie potentielle (qui peut être négative) est constante, à peu de choses près. C'est le cas quand on fait du saut à l'élastique (au début !) ou lors d'une chute plus simple d'un objet aérodynamique. Et ça c'est très puissant pour les démonstrations de mécanique.


-L'énergie cinétique microscopique


Sa moyenne augmente lorsque la température augmente. Elle mesure l'agitation thermique, mouvement désordonné des particules à petite échelle. Certains disent que les mouvements sont aléatoires : moi je dirais plutôt que c'est compliqué.


-L'énergie potentielle microscopique


C'est le même principe que l'énergie potentielle d'avant, sauf qu'au lieu de regarder un volume de gaz ou un solide dans son ensemble, on regarde plutôt au niveau des particules.


-L'énergie électromagnétique


C'est l'énergie véhiculée par une onde électromagnétique. Je signale au passage que la lumière est une onde électromagnétique, et que ses rayons sont même plus énergétiques ceux des ondes radio qui sont celles utilisées par les téléphones portables. Mais ça veut pas dire que les portables sont moins dangereux que la lumière : l'intensité du rayonnement et d'autres choses plus complexes peuvent jouer.


-L'énergie de masse


Vous connaissez la formule E=mc² ? Une version proche, c'est « variation de E=c² variation de m », ce qui veut dire, c² étant grand, qu'une petite variation de masse d'un système matériel peut donner une grosse variation d'énergie.


Les pertes et gains de masse se font lors de collisions entre particules (la masse ne se conserve pas !). Cela a lieu lors des réactions chimiques au sens le plus général : transformation au niveau de l'atome (chimie au sens classique), au niveau du noyau de l'atome (chimie nucléaire), et autres (on voit souvent les autres dans les accélérateurs à particules).


J'ai peut-être oublié d'autres formes, genre l'énergie sombre, mais je vous en ai déjà décrit pas mal.


3- Exemple : un oeuf qui tombe


Je vais ici illustrer la conservation de l'énergie et son changement de forme. On lâche un oeuf. En se basant dans le référentiel terrestre, son énergie cinétique était d'abord nulle, car sa vitesse était nulle. Ensuite, elle augmente, en partie sous forme de translation droite, en partie sous forme de rotation ; en même temps, l'énergie potentielle (de pesanteur), diminue car la hauteur de l'objet diminue (cette énergie marche comme ça).


Lorsque l'oeuf touche le sol, il se brise (dans notre exemple). L'énergie potentielle ne peut plus diminuer, et la vitesse de l'oeuf étant devenue nulle, son énergie cinétique a brutalement chuté vers zéro, avec en contrepartie création d'une énergie de déformation (travail interne), et du son. On pourrait pinailler beaucoup plus avec l'énergie thermique et les réactions chimiques.

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Published by Bête spatio-temporelle - dans Sciences
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