Accroche un panneau de vitesse et regarde jusqu'où le véhicule glisse avant de s'arrêter, lâche une bille du haut du mât et suis les trois barres de craie, puis mets un objet en marche et regarde l'énergie couler de la source au convertisseur — et la part qui s'échappe en chaleur.
L’énergie qu’un système possède du fait de son mouvement s’appelle l’énergie cinétique : Ec = ½ × m × v², en joules, avec m en kilogrammes et v en m/s. Elle est proportionnelle à la masse, mais au carré de la vitesse : deux fois plus vite, quatre fois plus d’énergie. Pour s’arrêter, les freins la convertissent en chaleur, et la distance de freinage lui est proportionnelle : 5 m à 30 km/h, 20 m à 60 km/h, 45 m à 90 km/h. Sur la route, s’y ajoute la distance parcourue pendant le temps de réaction.
L’énergie de position dépend de l’altitude : Ep = m × g × h. L’énergie cinétique dépend de la vitesse : Ec = ½ × m × v². En descendant, l’une se convertit en l’autre, puis l’inverse en remontant. Sans frottement, leur somme, l’énergie mécanique, reste constante : le skateur remonte à sa hauteur de départ, et sa vitesse en bas ne dépend pas de sa masse. Avec des frottements, une part de l’énergie mécanique est convertie en chaleur : il remonte moins haut à chaque passage.
Une chaîne énergétique se lit de gauche à droite : un réservoir d’énergie (on dit aussi une source) fournit l’énergie, un convertisseur la transforme, et il en sort de l’énergie utile. À chaque conversion, une partie part vers l’environnement sous forme thermique : ce sont les pertes. L’énergie n’est jamais détruite — elle est transférée et convertie.
L'énergie mécanique d'un système en chute libre reste constante : son énergie de position est convertie en énergie cinétique. Plus généralement, l'énergie totale se conserve : elle est soit transférée, soit convertie, soit stockée.
Définitions clés
L'énergie cinétique
L'énergie qu'un système possède du fait de son mouvement s'appelle l'énergie cinétique.
La formule
L'énergie cinétique E c (en J) d'un système de masse m (en kg) se déplaçant à la vitesse v (en m/s) est donnée par la relation ci-contre.
Vitesse au carré
L'énergie cinétique est proportionnelle à la masse du système ainsi qu'au carré de sa vitesse. Doubler la vitesse fait donc quadrupler l'énergie cinétique.
L'énergie de position
L'énergie de position d'un système est liée à son altitude.
La chute libre
Un système en chute libre perd de l'altitude et gagne de la vitesse. L'énergie de position du système est ainsi convertie en énergie cinétique.
L'énergie mécanique
L'altitude et la vitesse d'un système permettent de lui associer une « énergie mécanique », somme de son énergie de position et de son énergie cinétique.
La conservation de l'énergie
On observe que seules les évolutions qui ne font pas changer l'énergie totale sont possibles : on appelle cela la conservation de l'énergie.
Le convertisseur d'énergie
Un convertisseur d'énergie transforme l'énergie d'une source en une autre forme, utilisable ailleurs.
Les « pertes »
Au cours de la plupart des transferts, l'environnement reçoit un transfert d'énergie thermique : une partie de l'énergie de la source est convertie sous une forme inutilisable.
Le langage quotidien
En physique, « produire » ou « consommer » de l'énergie n'a pas de sens. L'énergie est soit transférée, soit convertie, soit stockée.