Travail, énergie et puissance
Par cœur, méthodes, pièges et réflexes concours — la fiche condensée à relire la veille.
1Calculer le travail d'une force
Signe donné par : moteur (, ) ; nul () ; résistant (, ). Force variable : = aire sous .
la réaction normale d'un support ; le poids sur un déplacement horizontal ; la force centripète en mouvement circulaire (elle est à tout instant, même si est énorme). Le frottement, lui, travaille toujours négativement ().
Sur un trajet fermé (retour au point de départ), le travail du poids est nul, quelle que soit la trajectoire : sur une grande roue, (pas ). Le travail contre la pesanteur ne dépend que de la hauteur , jamais de la longueur du trajet : sur une rampe 3-4-5 (), , pas (piège du triangle rectangle).
2Calculer une puissance
Conversion vitesse : , diviser par .
À vitesse constante (MRU), . Sur route horizontale, poids et normale ne travaillent pas, donc . Attention : ce n'est vrai que si la route est horizontale — sur une pente, le poids entre aussi dans le bilan.
Sur une phase d'accélération, la puissance moyenne vaut , PAS (puissance instantanée finale, souvent 2× trop grande). Ex. : voiture , en : (et non ).
3Appliquer le théorème de l'énergie cinétique
Théorème de l'énergie cinétique (référentiel galiléen) :
Travail nécessaire à un changement de vitesse :
Ex. chariot , : bon calcul ; piège n°1 : (oubli de ) ; piège n°2 : (carré de la différence, faux).
Objet lancé à , arrêté par frottement après une distance :
La masse se simplifie : inutile de la connaître pour trouver !
4Calculer une énergie potentielle
- pesanteur : [] — origine de arbitraire, seule compte ;
- élastique : [] — = élongation
- ressort : ,
| Grandeur | Formule | Dépend de | PAS de |
|---|---|---|---|
| Én. cinétique | |||
| Én. pot. pesanteur | |||
| Én. pot. élastique |
Sur la Lune, un objet a la même que sur Terre à vitesse égale (masse et inchangés) ; seuls son poids et son changent avec .
Bloc à percute un ressort (). À la compression maximale, : toute l'énergie cinétique devient élastique.
Piège : convertir en (diviser par ), pas garder dans le calcul.
5Conserver l'énergie mécanique
Système sans frottement (forces conservatives) :
- Choisir l'origine de (souvent au point le plus bas).
- Écrire .
- Annuler les termes nuls (départ du repos ; niveau choisi ).
- Isoler l'inconnue : souvent ou .
Avec frottement ( non conservée — 2025, Q3) : . Ex. pierre , , : (ni , ni J seuls).
- et ne dépendent jamais de la masse ni (pour ) de l'angle de la pente : deux masses lancées à la même vitesse même hauteur, même instant d'arrivée. La question la plus répétée aux annales.
- La hauteur atteinte = altitude de départ : ne pas oublier d'ajouter la base (rebond sur une plateforme, sac lâché d'un ballon en ascension).
6Quantité de mouvement & formulaire
Grandeur vectorielle, même direction et sens que . Plus un corps est massif et rapide, plus il est difficile à arrêter (freinage ).
| Grandeur | Formule | Unité SI |
|---|---|---|
| Travail | ||
| Puissance | ||
| Én. cinétique | ||
| Th. énergie cinétique | ||
| Én. pot. pesanteur | ||
| Én. pot. élastique | ||
| Én. mécanique | Cte | |
| Période du ressort | ||
| Qté de mouvement |