Les notions de FORCE et d'ENERGIE en physique

« peut associer à chaque point de l'espace un vecteur •champ • qui, multiplié par le facteur correspondant au type de force (masse pour la gravité, charge électrique pour ia force électromagnétique), donne la force que subit, subirait ou subira un corps placé à cet endroit En chaque point de l'espace, le vecteur champ • se dirige• vers un autre point de l'espace : un corps plongé dans le champ sans vitesse initiale et qui n'est pas soumis à d'autres forces se dirigera donc.

d'un point donné, selon une ligne qui ne dépend que de ce point Chacune des lignes ainsi définies est une ligne du champ de force .

Ces lignes sont rayonnantes autour d'un centre dans le cas d'un champ créé par une masse ou une charge ponctuelle, et parallèles dans le cas d'un champ créé par une surface plane (la Terre considérée comme plate à l'échelle du laboratoire, ou les plaques chargées présentes dans un tube cathodique) .

Dans ce dernier cas, le champ est dit • uniforme • s'il présente la même valeur en tout point • le champ gde gravitation est uniforme lorsque l'on se place dans les conditions habituelles (Terre considérée comme plate, différences dues à l'altitude négligeables).

~~~~ ~~- ·-·De même /ecbomp 1- !f«lr/qlle E E entre deux plaques chargées l'une négativement l'autre positivement est uniforme .

les lignes de champ sont alors des droites parallèles entre elles, dans la direction du champ (c'est-à-dire perpendiculaires aux plaques).

Cas du m.., iupétilple le champ magnétique est un champ de force d'un caractère bien spécifique : il induit dans certaines matières (essentiellement métalliques) une polarisation, c'est-à-dire que les charges électriques réparties à l'intérieur du corps s'ordonnent de manière à former deux pôles magnétiques, dénommés nord et sud en référence au champ magnétique terrestre.

le corps se trouve alors soumis à ce qu'on appelle un • couple • de forces, dont les points d'application se trouvent de part et d'autre de son centre de gravité .

les forces s'exerçant aux pôles sont égales en intensité mais de sens opposés, de sorte que le corps ne se déplace pas; mais comme elles ne s'appliquent pas au même endroit, il pivote afin de placer son pôle nord •au plus près • du pôle sud de l'aimant et son pôle sud •au plus près • du nord négatif de l'aimant Ainsi, lorsqu'on place de la limaille de fer sur une feuille de papier autour d'un aimant les particules s'orientent et dipolle-•~cr ...

- s'arriment les unes aux autres, formant des lignes joignant les deux pôles de l'aimant: elles matérialisent les lignes decbol#p .

Si la masse est la mesure de l'inertie d'un corps relativement au mouvement l'énergie est en quelque sorte la mesure de ses changements d'état : un corps ou un système de corps qui n'échange pas d'énergie avec l'extérieur ne subit aucune modification de son état ni de son mouvement qui est alors rectiligne et uniforme .

Toute modification de l'état d'un corps se traduit par un échange d'énergie.

ÎIAVAIL le travail permet la correspondance entre l'action d'une force et l'énergie échangée .

li est l'énergie échangée pendant que le point d'application d'une force se déplace.

Ainsi une force F constante tirant un corps sur une longueur 1 effectue un travail : W=F.I Ce travail est dit • moteur •.

Si le corps se déplace en sens inverse de la force, le travail est W = -F.

1; il est alors dit • résistant •.

D'une manière générale, si la direction du déplacement fait avec la direction de la force un angle a, on a : W=F.l.cosa Ainsi, une force s'exerçant perpendiculairement au déplacement n'effectue aucun travail: elle ne contribue pas au mouvement du corps.

ÎMOÙllE DE L"tNEIGIE aNOIQUE Un corps de masse met de vitesse v est porteur d'une énergie liée uniquement à sa vitesse, dite •énergie cinétique •.

Elle représente l'énergie qu'il cède s'il est arrêté brusquement (c'est l'énergie que doit absorber un obstade, par exemple).

Sa formule est: Ec = 1/2 (m.

v') La vitesse est dans cette expression à la puissance deux : c'est ce qui explique que les dégats causés, par exemple, par un accident de la route augmentent beaucoup alors que la vitesse n'augmente que peu.

l'énergie potentielle représente de l'énergie • emmagasinée » par un corps, qui peut se libérer dans certaines conditions.

C'est par exemple le cas d'un ressort que l'on maintient comprimé.

lorsqu'on laisse le ressort se détendre, il exerce une force susceptible de transmettre un certain travail à un autre corps: ce travail correspond à l'énergie potentielle.

Un corps plongé dans un champ de force et livré à la seule action de ce champ entre deux points A et B aura acquis, arrivé au point B, une certaine vitesse v, donc une certaine énergie cinétique Ec correspondant au travail de la force entre A et B.

Cette énergie ne dépend que de la position de A et B et de la masse m du corps .

Cette énergie • acquise • par le corps correspond à une différence d'énergie potentielle, c'est-à-dire qu'on attribue à chaque point de l'espace un potentiel V , défini à une constante additive près .

le travail de la force lorsqu'une masse m se déplace de A à B est: m .

(VA-Ve) l'énergie potentielle du corps au point A (EpA) se définit ainsi: EpA=m.

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