L’énergie mécanique se compose de deux éléments : l’énergie potentielle (ou de position) et l’énergie cinétique. Un objet possède de l’énergie potentielle s’il se trouve dans une position qu’il est susceptible de quitter. Par exemple, si vous êtes en haut d’une colline, vous avez plus d’énergie potentielle que si vous étiez au pied de cette même colline.
L’énergie cinétique est l’énergie qu’un corps acquiert lorsqu’il se met en mouvement. Elle peut apparaître lors d’une vibration, d’une rotation ou d’une translation (déplacement d’un point à un autre).
Déterminer la masse et calculer l’énergie cinétique d’un objet
Déterminer la masse de l’objet
Admettons que vous réalisiez une expérience avec un objet dont vous ne connaissez pas la masse. La première étape consiste à la déterminer à l’aide d’une balance de masse. Pour ce faire, placez l’objet sur le plateau de la balance et lisez sa masse en kilogrammes (kg). Avant toute pesée, il est important de tarer la balance en la remettant à zéro pour obtenir la mesure la plus exacte possible.
Conseil pratique :
Convertissez les grammes en kilogrammes si nécessaire, car pour calculer l’énergie cinétique, la masse doit être exprimée en kilogrammes.
Calculer la vitesse de l’objet
Dans certains exercices, la vitesse de l’objet sera donnée, mais si ce n’est pas le cas, vous devrez la déterminer en divisant la distance parcourue par l’objet par le temps mis à parcourir cette distance.
Calculer l’énergie cinétique de l’objet
Une fois que vous connaissez la masse et la vitesse de l’objet, vous pouvez facilement calculer son énergie cinétique à l’aide de la formule suivante :
Energie cinétique (EC) = 0,5 x masse x vitesse²
En appliquant cette formule, vous obtiendrez l’énergie cinétique de l’objet en joules.
Calcul de l’énergie cinétique
L’énergie cinétique (EC) d’un objet en mouvement peut être calculée à l’aide de la formule suivante :
EC = 0,5 x mv2
Où m est la masse de l’objet en kilogrammes (kg) et v est sa vitesse en mètres par seconde (m/s).
Exemple de calcul d’énergie cinétique
Prenons l’exemple d’une femme de masse 55 kg courant à une vitesse de 3,87 m/s. Pour calculer son énergie cinétique, nous pouvons remplacer les valeurs de m et v dans la formule :
EC = 0,5 x 55 kg x (3,87 m/s)2 = 483,2 J
Ainsi, l’énergie cinétique de cette femme en mouvement est de 483,2 joules (J).
Utilisation de l’énergie cinétique pour trouver la vitesse ou la masse
La formule de l’énergie cinétique peut également être utilisée pour trouver la vitesse ou la masse d’un objet en mouvement si l’une de ces valeurs est inconnue. Il suffit de réorganiser la formule pour isoler la valeur recherchée :
Pour trouver la vitesse :
v = √(2EC/m)
Pour trouver la masse :
m = 2EC / v2
Formule de l’énergie cinétique
La formule de calcul de l’énergie cinétique (EC) est : EC = 0,5 x mv2, formule dans laquelle m est la masse, c’est-à-dire la quantité de matière qu’elle renferme et v, la vitesse de l’objet, soit le rapport d’un changement de position par rapport au temps.
Application numérique de la formule
Selon les exercices, on vous donnera l’énergie cinétique et la masse ou l’énergie cinétique et la vitesse. Une fois l’énoncé lu, prenez votre formule et remplacez les données littérales par leurs valeurs respectives.
Exemple 1 : quelle est la vitesse d’un objet ayant une masse de 30 kg et une énergie cinétique de 500 J ?
EC = 0,5 x mv2
500 J = 0,5 x 30 x v2
Exemple 2 : quelle est la masse d’un objet ayant une énergie cinétique de 100 J et une vitesse de 5 m/s ?
EC = 0,5 x mv2
100 J = 0,5 x m x 52
Isolez l’inconnue afin de trouver sa valeur. En respectant certaines règles d’algèbre, comme la modification dans les mêmes termes des deux membres d’une équation, il faut isoler d’un côté de l’équation la valeur que l’on recherche.
Exemple 1 : quelle est la vitesse d’un objet ayant une masse de 30 kg et une énergie cinétique de 500 J ?
500 J = 0,5 x 30 x v2
v2 = 500 / (0,5 x 30)
v2 = 16,67
v = √16,67
v ≈ 4,08 m/s
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