Energies et puissances (système mécanique)

Introduction

Cette rubrique concerne l'énergie stockée et la puissance dissipée dans un système mécanique.

Puissance : définition (rappel)

La puissance instantanée développée par une force (un couple) est égale au produit des valeurs de la force (du couple) et de la vitesse instantanée. (translation) (rotation)

… au sujet des forces …

Parmi les forces qui s'exercent sur le système mécanique, il est possible de distinguer :

  • les forces conservatives qui dérivent d'une énergie potentielle (cf bloc suivant)
  • les forces non conservatives qui peuvent être :
    • les forces d'opérateur extérieur qui peuvent produire une augmentation ou une diminution de l'énergie mécanique
    • les forces liées à des contraintes (c'est-à-dire les forces au contact d'un autre objet, les forces de frottement si l'objet se déplace dans un milieu fluide) qui, en s'opposant au mouvement de l'objet, produisent une diminution (une perte) de l'énergie mécanique

Energie potentielle élastique : définition

L'énergie potentielle mécanique d'un système mécanique est l'énergie que possède ce système du fait :

  • de sa position (énergie potentielle de pesanteur)
  • de sa forme (énergie potentielle élastique*)
Remarque : * Si on comprime un ressort et qu'on le relâche, il reprend rapidement sa forme originale et il est ainsi possible de propulser un objet. Pendant la compression du ressort, on effectue un travail sur ce dernier et il accumule alors de l'énergie potentielle élastique qu'il peut éventuellement relâcher sous une autre forme.

Exemple :

Considérons un système composé d'une masse m soumise à l'action de la gravité et suspendue à un ressort de k.

Dans ce cas, l'énergie potentielle du système est égale à la somme :

  • d'une énergie potentielle de pesanteur : m.g.x
  • d'une énergie potentielle élastique : k.x 2 /2

Energie stockée

Dans les cas qui nous intéressent, l'énergie mécanique stockée est l'énergie potentielle élastique qui s'exprime sous la forme :

(translation) (rotation)

Puissance dissipée

Les forces qui dissipent de l'énergie sont les forces liées à des contraintes (forces de frottement).

(translation) (rotation)