Conservation de l'énergie mécanique: qu'est-ce que c'est, exercices

LES préservationdonneénergiemécanique est l'une des lois de la mécanique qui découlent de principedanspréservationdonneénergie. Selon la loi de conservation de l'énergie mécanique, lorsqu'aucune force dissipative agit sur un corps, toute son énergie liée au mouvement est maintenue constante. Cela revient à dire que le énergie cinétique et le énergiepotentiel du corps ne change jamais.

Comprendre la loi de conservation de l'énergie mécanique est essentiel pour résoudre un grand nombre de problèmes. Des situations de physique qui approchent des situations idéales, c'est donc l'un des problèmes les plus demandés dans le domaine donne Mécanique dans les tests Enem.

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Qu'est-ce que la conservation de l'énergie mécanique?

LES préservationdonneénergiemécanique déclare que toute l'énergie liée au mouvement d'un corps est maintenue constante lorsqu'aucune force dissipative, telle que les forces de friction et de traînée, n'agit sur lui.

Quand on dit que l'énergie mécanique est conservé, cela signifie que la somme des énergiecinétique avec le énergie potentielleest le même à tout moment et dans n'importe quelle position. En d'autres termes, aucune partie de l'énergie mécanique d'un système n'est transformée en d'autres formes d'énergie, telles que L'énérgie thermique.

Compte tenu de ce qui précède, selon le loi de conservation de l'énergie mécanique, dans un système non dissipatif, on peut dire que les énergies mécaniques dans deux positions distinctes sont égales.

ET_M - énergie mécanique

ET_Ç - énergie cinétique

ET_P - énergie potentielle

Afin que nous puissions mieux comprendre le concept de conservation de l'énergie mécanique, il est nécessaire de savoir ce que c'est énergiecinétique et énergiepotentiel, nous allons donc expliquer brièvement chacun de ces concepts dans les rubriques suivantes.

Selon la conservation de l'énergie, l'énergie mécanique de la voiture sur la figure est constante en tout point.

Énergie cinétique

LES énergiecinétique est l'énergie contenue dans tout corps qui a un quantité de mouvement non nul, c'est-à-dire tant que le corps a Pâtes et rapidité, il sera doté d'une certaine quantité d'énergie cinétique.

LES énergiecinétique est grandeur scalaire dont l'unité, selon le ssystème jeUnités internationales, et le joule (J). La formule de l'énergie cinétique indique que cette énergie est égale au produit de la Pâtes (m) et le carrédonnerapidité (v²) divisé par 2.

m - Pâtes

v - rapidité

ET_Ç - énergie cinétique

Pour en savoir plus sur cette forme d'énergie, visitez notre article spécifique: Énergie cinétique.

Énergie potentielle

LES énergiepotentiel c'est une forme d'énergie qui peut être stockée et qui dépend directement de la positionner où un corps est en relation avec un champ de force, comme le champ gravitationnel, champ électrique et champ magnétique.

LES énergiepotentiel ne peut s'accumuler dans un corps que lorsqu'il est soumis à l'action d'un forceconservateur, c'est-à-dire une force qui applique toujours la même quantité d'énergie à un corps, quel que soit le chemin emprunté.

Un exemple de force conservatrice est le force Poids: si un corps est soulevé contre l'action de la force du poids du sol jusqu'à une certaine hauteur, quelle que soit la trajectoire parcourue par ce corps, le gain d'énergie potentiel dépendra exclusivement de la différence entre les deux hauteurs.

Lorsqu'il s'agit d'exercices sur la conservation de l'énergie mécanique, il existe deux types plus courants d'énergie potentielle: une énergie potentielle gravitationnelle et le énergie potentielle élastique. L'énergie potentielle gravitationnelle est la forme d'énergie relative à la hauteur d'un corps par rapport au sol. Cela dépend de la masse corporelle, de la accélération de la pesanteur en place et en hauteur

g – gravité (m/s²)

H – hauteur (m)

LESénergie potentielle élastiqueest celui lié à déformation d'un objet, comme un élastique. Pour le calculer, on prend en compte combien l'objet a été déformé (x), ainsi que le constantélastique de cet objet (k), mesuré en newtonparmétro. Si un objet a une constante élastique de 800 N/m, cela indique que, pour être déformé d'un mètre, cet objet est sollicité par une force de 800 N. La formule utilisée pour calculer l'énergie potentielle élastique est la suivante :

Pour en savoir plus sur cette forme d'énergie, visitez notre article spécifique: Énergie potentiel.

énergie mécanique

LES énergie mécanique et le somme des énergies cinétique et potentielle. En d'autres termes, c'est toute l'énergie qui est liée au mouvement d'un corps. La formule de l'énergie mécanique est la suivante :

Formule de conservation de l'énergie mécanique

La formule pour la conservation de l'énergie mécanique est telle que la somme de l'énergie cinétique et de l'énergie potentielle est égale pour tous les points d'un système mécanique où aucune force dissipative n'agit.

ET_Ci et est_{Cf -}énergie cinétique finale et initiale

ET_Ci et est_{Police fédérale -}énergie cinétique finale et initiale

Bien que la formule ci-dessus soit générale et puisse être appliquée dans tous les cas où l'énergie mécanique s'il est conservé, il est nécessaire de souligner que chaque cas peut présenter une forme différente d'énergie potentiel. Ainsi, la résolution d'exercices est le meilleur moyen de comprendre les différents cas.

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Exercices résolus sur la conservation de l'énergie mécanique

Question 1 - Un corps de masse m = 2,0 kg repose contre un ressort de constante élastique égale à 5000 N/m, comprimé de 2 cm (0,02 m). En négligeant les forces de dissipation et sur la base de la figure, déterminez la hauteur atteinte par le corps après le relâchement du ressort et marquez l'alternative correcte.

(Données: g = 10 m/s²)

a) 4 cm

b) 10 cm

c) 5 cm

d) 20 cm

e) 2 cm

Modèle: lettre C.

Résolution:

Pour résoudre l'exercice, il faut appliquer la loi de conservation de l'énergie mécanique. En ce sens, nous voyons que l'énergie mécanique initiale est un potentiel purement élastique, et l'énergie mécanique finale est un potentiel purement gravitationnel. De cette façon, nous devons faire le calcul suivant :

Sur la base du calcul développé, nous constatons que le corps s'élève à une hauteur maximale de 5 cm, la bonne alternative est donc la lettre C.

Question 2 - Un corps est libéré du reste d'une rampe à une hauteur de 4 m. Déterminez la vitesse à laquelle le corps sera à 2 m au-dessus du sol et indiquez la bonne alternative.

a) 2√10 m/s

b) 20 m/s

c) 4√10 m/s

d) 2√5 m/s

e) 3√2 m/s

Modèle: lettre a.

Résolution:

Il faut appliquer la loi de conservation de l'énergie mécanique aux points les plus hauts et au point de hauteur égale à 2 m. Pour ce faire correctement, nous devons nous rappeler qu'au point le plus élevé, le corps était au repos, donc toute son énergie mécanique était exprimée sous forme d'énergie potentielle gravitationnelle. Au point où la hauteur est égale à 2 m, il y a tellement énergiepotentielgravitationnelcombienénergiecinétique. Notez le calcul dans la figure suivante :

À la fin du calcul ci-dessus, lorsque nous avons calculé la racine carrée de 40, nous avons factorisé le nombre de sorte que le résultat donne 2√10, donc la bonne alternative est la lettre A.

Par Rafael Hellerbrock
Professeur de physique

La source: École du Brésil - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/principio-conservacao-energia-mecanica.htm