Énergie mécanique: Guide du Débutant sur l’Énergie des Objets et du Mouvement

L’énergie mécanique est tout autour de nous. Que ce soit un enfant qui donne un coup de pied à un ballon de football ou une éolienne massive qui nous donne de l’électricité, il n’y a pas d’échappatoire à cette force. Mais qu’est-ce que l’énergie mécanique exactement ? Dans ce guide, nous vous aiderons à mieux comprendre l’énergie mécanique, son fonctionnement et sa production d’énergie, et pourquoi elle est importante pour vous (et pour nous tous).

Qu’est-Ce que l’Énergie Mécanique et Comment Fonctionne-t-Elle ?

L’énergie mécanique est une question de science physique. C’est l’énergie du mouvement, ou l’énergie d’un objet qui bouge. Toutes les formes de vie et de nombreux systèmes utilisent l’énergie mécanique pour fonctionner, et l’énergie du mouvement peut être vue dans la vie quotidienne. Quelques exemples sont:

• Un enfant tient une balle en l’air alors qu’il scrute le champ pour la lancer. Ils appliquent une force (tenant la balle vers le haut) mais n’ont pas encore exercé de travail (la force provoque le déplacement d’un objet).
• Un enfant donne un coup de pied à une balle (force externe) — la force agit sur elle, la propulsant vers l’avant.
• Une balle vole dans les airs (énergie de mouvement), descend (force gravitationnelle), rebondit sur le sol pour remonter jusqu’à un point (énergie potentielle gravitationnelle), puis redescend et s’arrête.
• Un avion qui accélère sur la piste représente l’énergie du mouvement.
• Un avion à grande vitesse qui percute un hélicoptère transfère de l’énergie cinétique à l’autre avion.
• Un jet privé ralentit pour s’arrêter lorsque le pilote applique les freins (force de frottement).

L’énergie mécanique (énergie cinétique ou énergie potentielle) est l’énergie d’un objet en mouvement ou l’énergie stockée dans les objets par leur position.

L’énergie mécanique est également un moteur des énergies renouvelables. De nombreuses formes d’énergie renouvelable dépendent de l’énergie mécanique pour produire ou convertir de l’énergie de manière adéquate.

Deux exemples d’énergie renouvelable qui dépendent de l’énergie mécanique sont l’hydroélectricité et l’énergie éolienne.

L’énergie mécanique n’est qu’une des nombreuses formes d’énergie, qui comprennent également:

• Lumière
• Chaleur
• Énergie sonore
• Énergie chimique
• Énergie électrique
• Énergie nucléaire

Fait intéressant, toutes ces formes d’énergie sont interchangeables — passant d’un état à un autre, selon les circonstances. C’est parce que la loi scientifique de la conservation stipule que l’énergie ne cesse jamais d’exister entièrement; elle ne peut que changer d’une forme à l’autre.

Quels Sont Quelques Exemples d’Énergie Mécanique ?

L’énergie mécanique peut être produite par des êtres vivants, des objets solides, des gaz, de l’eau ou de l’air. Il y a des exemples d’énergie mécanique partout.

Le potentiel et l’énergie cinétique ne sont que deux exemples que nous pouvons voir ou expérimenter.

Un exemple d’énergie potentielle

Imaginez que vous arriviez du marché de votre fermier local et que, parmi votre panier de friandises biologiques, vous trouviez une pastèque grasse, juteuse et ronde.

Vous placez la pastèque sur le comptoir de votre cuisine. Il a maintenant de l’énergie potentielle en raison de sa hauteur au-dessus du sol de la cuisine et de son poids.

Ensuite, vous le cognez accidentellement avec votre coude lorsque vous sortez un pot pour stocker vos grains de café biologiques frais. Vous vous bousculez pour l’attraper alors que le melon commence à rouler vers le bord du comptoir. C’est l’énergie du mouvement.

Parce que vous avez les mains pleines avec un pot et un sac de café, votre melon tombe sur le sol (force gravitationnelle – un exemple de force non conservatrice), se brisant dans les carreaux de céramique et explosant en un gazillion de morceaux. Maintenant, le “travail” a été fait parce que l’impact a brisé le melon en morceaux de bouillie juteuse. La pastèque en pointillés crée également de l’énergie sonore, l’une des formes d’énergie discutées précédemment.

Un exemple d’énergie cinétique

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Beaucoup d’entre nous sont enthousiasmés par l’énergie propre en raison de son impact bénéfique sur le changement climatique. Nous pouvons choisir un plan d’énergie verte lorsque nous choisissons un fournisseur d’électricité ou nous pouvons installer des panneaux solaires dans notre maison.

Lorsque nous choisissons un plan d’énergie verte, cette énergie est souvent produite par des turbines. Il existe différents types d’énergie cinétique qui font fonctionner les turbines pour produire de l’électricité.

• Vent: L’éolienne, par exemple, est un type de technologie d’énergie renouvelable qui génère de l’énergie à partir du mouvement de l’air. Lorsque le vent souffle, il fait tourner les pales de la turbine dans un mouvement circulaire, ce qui fait tourner un arbre d’entraînement générant de l’électricité lors de sa rotation.
• Vapeur: De même, les turbines à vapeur utilisent la pression pour déplacer les bras d’une turbine. Les pales tournent dans un mouvement circulaire lorsque la vapeur souffle, utilisant l’énergie mécanique pour faire tourner un arbre de rotateur. L’arbre du rotateur est relié à un générateur qui prend l’énergie cinétique et la convertit en énergie électrique. Ce même procédé est utilisé pour faire fonctionner des machines à vapeur.

• L’eau: L’hydroélectricité acquiert l’énergie mécanique de l’eau en mouvement à travers des turbines hydrauliques ou des systèmes de stockage par pompage. Tout comme les éoliennes ou les turbines à vapeur, les turbines hydrauliques utilisent l’énergie cinétique de l’eau qui coule pour faire tourner les pales. D’autre part, les systèmes de stockage par pompage utilisent des réservoirs d’eau à différentes altitudes pour déplacer l’eau d’avant en arrière et créer de l’énergie hydroélectrique. Les deux méthodes reflètent les forces énergétiques mécaniques naturelles des rivières, des ruisseaux, des cascades, des océans et même de la pluie.

L’énergie mécanique est-elle potentielle ou cinétique?

Il existe deux types d’énergie mécanique: le mouvement (énergie cinétique) et l’énergie stockée (énergie potentielle). Vous pouvez en savoir plus dans notre guide qui explique l’énergie potentielle et cinétique.

La conversion mécanique dépend de la quantité d’énergie potentielle d’un objet et de la quantité d’énergie cinétique qu’il peut produire.

Quel que soit le potentiel, cependant, l’énergie du mouvement fait partie intégrante de la production d’énergie, et de nombreuses sources génératrices d’énergie ne pourraient pas fonctionner sans elle.

L’énergie mécanique dépend de la position et du mouvement d’un objet, et sa puissance provient de la somme de l’énergie mobile (énergie cinétique) et de l’énergie stockée (potentielle). En d’autres termes, lorsque l’énergie potentielle d’un objet est combinée à son énergie cinétique, elle crée de l’énergie mécanique.

Par exemple, une montagne russe gagne le plus d’énergie potentielle gravitationnelle lorsqu’elle atteint le premier pic près du début du trajet — c’est ce qui établit la quantité totale de puissance disponible pour propulser les voitures vers l’avant pendant toute la durée du trajet.

En montant au sommet d’une de ses collines ou boucles, il gagne de l’énergie potentielle — plus il monte, plus il obtient d’énergie potentielle. Lorsqu’il se déplace vers le bas, il commence à convertir son énergie potentielle en énergie cinétique. Au fur et à mesure que le chariot descend la colline, son énergie cinétique augmente; simultanément, son énergie potentielle diminue.

Quelques exemples d’objets à énergie potentielle sont un rocher au bord d’une falaise, de l’eau dans une baignoire bouchée ou une boule de démolition en attente de démolition. Tous ces éléments sont dans l’énergie de la position avant qu’ils ne roulent, ne coulent ou ne se balancent.

Les sources d’énergie cinétique proviennent du mouvement ou des forces gravitationnelles telles que les vagues de l’océan, la vapeur, l’eau qui coule ou le vent. Il peut également s’agir de l’énergie exercée lorsqu’une personne court, saute, danse, conduit une voiture, lance une fléchette ou lance une boule de bowling dans une ruelle.

Lorsque le rocher se détache d’une falaise ou que le bouchon de la baignoire est retiré et que l’eau commence à se précipiter dans le drain, ces objets ou sources gagnent de l’énergie cinétique.

Lorsqu’ils recueillent de l’énergie cinétique, ils perdent de l’énergie potentielle et, ensemble, les deux créent le niveau de force, de vitesse ou de puissance d’un objet.

Tous les autres types d’énergie ne peuvent être que de l’énergie cinétique ou de l’énergie potentielle — un à la fois, mais jamais simultanément. Par conséquent, l’énergie mécanique est la seule forme d’énergie qui peut exploiter l’énergie potentielle et cinétique et changer d’avant en arrière entre les deux.

Comment L’Énergie Mécanique Produit-Elle De L’Énergie?

L’énergie mécanique est produite en s’approvisionnant en énergie potentielle et cinétique et en la transformant en énergie. Des exemples de cela seraient la vapeur, l’eau, le vent, le gaz ou les combustibles liquides qui alimentent les turbines.

Les machines sont souvent utilisées pour générer d’autres formes d’énergie par conversion avant d’être utilisées comme énergie. Une fois que l’énergie mécanique est modifiée d’une certaine manière, nous pouvons l’utiliser comme nous le voulons ou en avons besoin pour fonctionner.

Pouvez-Vous Économiser De L’Énergie Mécanique?

Vous pouvez économiser de l’énergie mécanique, ce qui est crucial car l’énergie peut s’échapper lorsqu’elle est utilisée et la puissance peut être gaspillée pendant le processus de conversion.

Une certaine perte d’énergie est inévitable lorsque des forces ou des situations non conservatrices ou d’arrêt se produisent, mais détourner ou conserver de l’énergie peut aider à atteindre une efficacité maximale.

Les systèmes de conversion d’énergie inefficaces coûtent plus cher à faire fonctionner et peuvent affecter l’efficacité des systèmes d’alimentation. Par exemple, si l’énergie éolienne est convertie en énergie mécanique pour faire tourner une éolienne, mais que le processus de conversion perd plus de la moitié de l’énergie conduite, le système est lent, prend plus de temps et gaspille de l’énergie.

Qu’Est-Ce Que La Conversion D’Énergie ?

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La conversion d’énergie se produit de différentes manières. Le département américain de l’Énergie donne le fonctionnement d’une voiture, par exemple.

L’essence placée dans un réservoir de voiture avant que la voiture ne soit allumée retient l’énergie potentielle chimique. Lorsque le gaz est brûlé après le démarrage du véhicule, il passe de l’énergie chimique à l’énergie thermique, une forme d’énergie thermique.

L’énergie thermique est ensuite convertie en énergie mécanique, en utilisant la force et le mouvement (énergie cinétique) pour déplacer le véhicule.

Une fois qu’une voiture n’a plus besoin de bouger ou s’arrête momentanément, les freins sont appliqués, ce qui crée un frottement, une force non conservatrice.

L’énergie mécanique et cinétique est de nouveau transformée en un état thermique et redevient de l’énergie thermique.

Selon la loi de conservation de l’énergie mécanique, lorsqu’un système est isolé ou n’interagit qu’avec des forces conservatrices, l’énergie mécanique est constante.

En d’autres termes, la voiture conservera constamment son énergie mécanique jusqu’à ce que l’essence s’épuise et que l’énergie mécanique ne soit plus produite, ou qu’elle interagisse avec une force non conservatrice telle que le frottement d’un freinage ou d’un poteau, d’un autre véhicule ou d’un bâtiment.

De plus, si la vitesse d’un objet en mouvement ou d’un matériau change, l’énergie cinétique change avec elle.

Dans le cas de la voiture, si elle devait ralentir, mais continuer à rouler, puis percuter un autre véhicule à seulement quelques milles à l’heure, l’impact serait moindre que si la voiture accélérait et heurtait un autre véhicule en roulant aussi vite que la voiture pouvait aller.

Plus le mouvement d’une voiture est rapide, plus elle produit d’énergie cinétique et plus elle exercera de puissance lors de l’impact.

Parfois, lorsque des objets entrent en collision avec des forces non conservatrices telles que la friction, ils peuvent également perdre de l’énergie.

La quantité d’énergie perdue dans une collision dépendra du type de collision rencontré lorsque cela se produit.

Si la collision ou l’interaction est élastique, comme un jouet glissant descendant un escalier, la quantité d’énergie restera la même et la puissance de l’objet sera conservée.

Si la collision est inélastique, telle que la pâte aplatie d’une tortilla atterrissant sur une poêle à frire, l’énergie sera transformée en énergie thermique et n’est pas conservée.

L’énergie mécanique Est partout

L’énergie du mouvement est de l’énergie mécanique et elle peut être vue dans à peu près tout ce que nous faisons et expérimentons dans la vie. C’est un joueur de baseball qui balance une batte pour frapper la balle sur le terrain. Il est dans un mélangeur pendant qu’il tourbillonne, écrasant et liquéfiant nos fruits, le chou frisé et la glace en un smoothie vert. C’est dans les pédales de frein d’un vélo car elles utilisent le frottement pour arrêter ses roues de tourner.

En tant qu’énergie stockée dans un objet, elle peut rapidement passer de l’énergie potentielle à l’énergie cinétique, puis éventuellement se transformer en un autre type d’énergie au fur et à mesure que la loi de conservation entre en jeu. L’énergie mécanique n’est pas aussi technique qu’il y paraît. Cela fait partie de la vie quotidienne.

Présenté par justenergy.com

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