La conservation de l'énergie

L'énergie est une notion abstraite, inventée tardivement (vers la fin du XIXe siècle) par des mathématiciens.

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Quelles formes d'énergie connais-tu ?

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Cherche des objets de la vie courante qui convertissent l'énergie d'une forme à une autre.

L'invention de l'énergie part de plusieurs constats :

• Selon Lagrange, la somme de deux termes (énergie cinétique et énergie potentielle) est constante dans certaines expériences de mécaniques.
• Lorsque ce n'est pas le cas, il se passe quelque chose d'autre, généralement un échau ement.

C'est ainsi que la notion d'énergie apparait comme une grandeur qui se conserve dans tous les phénomènes. Depuis, aucun système n'a violé cette propriété. L'énergie peut changer de forme, mais elle est toujours conservée !

Un feu d'artifice plein d'énergies !

Du tir jusqu'à l'explosion, l'énergie est présente sous de multiples formes dans un feu d'artifice.

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Es-tu capable de reconnaitre les conversions d'énergie qui ont lieu à chacune des phases du lancement de la « bombe » ?

Au moment du tir, une première déflagration permet d'éjecter la bombe. Elle allume une mèche qui se consume lentement pendant que la bombe monte dans le ciel. Au bout de cinq à sept secondes, cette mèche fait exploser la charge placée au centre du projectile et met le feu aux étoiles qui se dispersent dans le ciel.

« Feux d'artifice, cirques, parcs d'attractions », Le monde de Jamy, France 3, 2016.

Des chutes dans le sable pour étudier l'énergie cinétique !

▸ Étapes de la fabrication :

Matériel :

- Une balle de golf (masse de la balle : 15 g environ).
- Une balle de tenis de table (masse de la balle : 3 g environ).
- Du sable.
- Un récipient transparent.
- Une règle de 20 cm.

Place du sable au fond du récipient transparent. Assure-toi que la surface du sable est bien horizontale. Tu peux secouer doucement pour ajuster. Réalise la chute A, puis la B puis enfin la C. Observe à chaque fois le cratère formé par la balle : si possible, mesure-le ! N'oublie pas de remettre le sable bien horizontal entre chaque chute.

▸ Des questions à se poser :

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Qu'est-ce qui nous permet ici de comparer les énergies cinétiques des balles lors des chutes A, B ou C ?

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Lors de quelle chute la balle avait-elle le plus d'énergie cinétique juste avant l'impact ?

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En comparant les trois chutes, peux-tu retrouver les paramètres dont dépend l'énergie cinétique d'un objet ?

Ici, c'est la déformation de la surface du sable qui nous permet de comparer les énergies cinétiques qu'avaient les 3 balles.

• ▪ En comparant A et B, tu peux dire que l'énergie cinétique dépend de la masse de l'objet. Plus la masse est grande, plus l'énergie cinétique est importante.
• ▪ En comparant A et C, on peut aussi retrouver qu'elle dépend de la vitesse de l'objet ! Plus la vitesse est élevée, plus le cratère est gros : l'énergie cinétique augmente avec la vitesse.

Ces deux observations sont bien traduites par la formule de l'énergie cinétique ${\text{E}}_{\text{c}}=\frac{1}{2}m{v}^2$. On fait apparaitre que l'énergie cinétique dépend de la masse et de la vitesse.

• L'énergie cinétique est d'autant plus importante que l'objet est lourd (expériences A et B)
• L'énergie cinétique est d'autant plus important que l'objet va vite (expériences B et C)
• La balle de golf et celle de tennis de table tombent à la même vitesse.
• Sur les voies de détresse des autoroutes, c'est aussi un bac à sable qui est utilisé pour freiner les véhicules.