Non-conservation de l'énergie mécanique en présence de frottements

Première générale Spé · Physique-Chimie Spé 1ère

À retenir

• En présence de frottements (forces non conservatives), l'énergie mécanique n'est pas conservée • E_m = E_m(B) - E_m(A) = W_AB(f) • Pour une force de frottement de valeur constante f, opposée au mouvement sur un trajet rectiligne : W_AB(f) = -f AB < 0 • L'énergie mécanique perdue est transférée au milieu extérieur sous forme thermique : Q = - E_m

Le cours

Non-conservation de l'énergie mécanique en présence de frottements • En présence de frottements (forces non conservatives), l'énergie mécanique n'est pas conservée • E_m = E_m(B) - E_m(A) = W_AB(f) • Pour une force de frottement de valeur constante f, opposée au mouvement sur un trajet rectiligne : W_AB(f) = -f AB Forces non conservatives et énergie mécanique • Une force est non conservative quand son travail dépend du chemin suivi : frottements du sol, résistance de l'air, force de poussée d'un moteur. • La variation d'énergie mécanique est égale à la somme des travaux des forces non conservatives : E_m = W_AB(F_nc) • Les frottements ont toujours un travail négatif : ils font diminuer l'énergie mécanique. Un moteur, au contraire, peut l'augmenter. Où passe l'énergie perdue ? • L'énergie mécanique perdue n'a pas disparu : elle est transférée sous forme thermique au système et au milieu extérieur (échauffement des patins, de la neige, de l'air). • Sur un graphique, E_m(t) décroît ; la différence entre la valeur initiale et la valeur finale mesure l'énergie dissipée. • Mini-exemple : une balle de 50\ g lâchée de 2,0\ m qui ne rebondit qu'à 1,5\ m a dissipé 0,050 9,81 0,5 0,25\ J. Astuce et méthode clé Pour estimer une force de frottement moyenne, calcule d'abord l'énergie mécanique perdue, puis divise-la par la distance parcourue : f = | E_m|/AB. Piège classique à éviter Croire que l'énergie mécanique se conserve dès que le trajet est horizontal : un palet qui glisse sur la glace et s'arrête perd toute son énergie cinétique, alors que son énergie potentielle ne change pas.

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