Comment calculer l’énergie cinétique

L'énergie mécanique a deux composantes : l'énergie potentielle (ou de position) et l'énergie cinétique. Un objet possède de l'énergie potentielle s'il est dans une position qu'il est susceptible de quitter [1] . Ainsi, si vous êtes en haut d'une colline, vous avez plus d'énergie potentielle que si vous étiez au pied de cette même colline. L'énergie cinétique est l'énergie qu'acquiert un corps quand il entre en mouvement [2] . Elle peut apparaitre lors d'une vibration, d'une rotation ou d'une translation (déplacement d'un point à un autre) [3] . L'énergie cinétique d'un objet est facile à calculer, puisqu'elle dépend uniquement de la masse de l'objet et de sa vitesse [4] , les frottements étant considérés comme négligeables.

Partie 1
Partie 1 sur 3:

Comprendre l'énergie cinétique

  1. Image intitulée Calculate Kinetic Energy Step 1
    1
    Apprenez la formule de calcul de l'énergie cinétique (EC). Elle est la suivante : EC = 0,5 x mv2, formule dans laquelle m est la masse, c'est-à-dire la quantité de matière qu'elle renferme et v, la vitesse de l'objet soit le rapport d'un changement de position par rapport au temps [5] .
    • Votre réponse sera en joules (J), qui est l'unité internationale de l'énergie cinétique. Il équivaut à 1 kg.m2/s2.
  2. Image intitulée Calculate Kinetic Energy Step 2
    2
    Déterminez la masse d'un objet. Admettons que vous fassiez une expérience réelle avec un objet dont vous ne connaissez pas la masse. La première chose à faire sera de la déterminer. Il vous faut une balance de masse, vous posez l'objet sur le plateau et vous lisez sa masse en kilogrammes (kg).
    • Tarez votre balance. Avant une pesée, il faut toujours tarer la balance, c'est-à-dire la remettre à zéro afin d'avoir la mesure la plus exacte possible. Cette opération s'appelle le « tarage » [6] .
    • Placez votre objet sur une balance. Posez-le délicatement et notez sa masse en kilogrammes.
    • S'il le faut, convertissez les grammes en kilogrammes. En effet, pour obtenir des joules, il faut que la masse soit en kilogrammes.
  3. Image intitulée Calculate Kinetic Energy Step 3
    3
    Calculez la vitesse de l'objet. Dans certains exercices, la vitesse sera donnée. Si ce n'est pas le cas, vous devrez déterminer cette vitesse en divisant la distance parcourue par l'objet par le temps mis à parcourir cette distance [7] . L'unité internationale de vitesse est le mètre par seconde (m/s).
    • La vitesse (V) s'obtient en divisant le déplacement (d) par le temps (t) mis pour effectuer ledit déplacement. La formule est donc : V = d/t. La vitesse est également une quantité vectorielle si on spécifie une direction de déplacement. Ainsi, une vitesse a à la fois une magnitude (valeur chiffrée) et un sens (positif ou négatif), lequel est fonction de la direction du déplacement.
    • Ainsi, la vitesse d'un objet peut être de 80 m/s ou de -80 m/s, tout dépendra du sens de déplacement par rapport à un repère.
    • Pour calculer la vitesse, divisez tout simplement la distance parcourue par l'objet par le temps de parcours de cette distance.
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Partie 2
Partie 2 sur 3:

Calculer l'énergie cinétique

  1. Image intitulée Calculate Kinetic Energy Step 4
    1
    Posez la formule. La formule de calcul de l'énergie cinétique (EC) est : EC = 0,5 x mv2, formule dans laquelle m est la masse, c'est-à-dire la quantité de matière qu'elle renferme et v, la vitesse de l'objet, soit le rapport d'un changement de position par rapport au temps [8] .
    • Votre réponse sera en joules (J), qui est l'unité internationale de l'énergie cinétique. Il équivaut à 1 kg.m2/s2.
  2. Image intitulée Calculate Kinetic Energy Step 5
    2
    Remplacez la masse et la vitesse par leurs valeurs chiffrées. Il se peut que vous ayez à calculer la masse ou la vitesse de l'objet. Cependant, ici, ce ne sera pas le cas, car nous allons traiter le problème suivant : Déterminez l'énergie cinétique d'une femme de 55 kg courant à 3,87m/s. Dans cet exercice, vous connaissez la masse et la vitesse de la femme, vous pouvez les remplacer dans la formule [9] , qui donne l'équation suivante :
    • EC = 0,5 x mv2
    • EC = 0,5 x 55 x (3,87)2
  3. Image intitulée Calculate Kinetic Energy Step 6
    3
    Faites les calculs. Une fois l'application numérique faite, il ne reste plus qu'à faire les calculs pour trouver l'énergie cinétique (EC). Élevez la vitesse au carré, puis multipliez le tout. Nous vous rappelons que votre réponse devra être en joules (J) [10] .
    • EC = 0,5 x 55 x (3,87)2
    • EC = 0,5 x 55 x 14,97
    • EC = 411,675 J
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Partie 3
Partie 3 sur 3:

Utiliser l'énergie cinétique pour trouver la vitesse ou la masse

  1. Image intitulée Calculate Kinetic Energy Step 7
    1
    Posez la formule. La formule de calcul de l'énergie cinétique (EC) est : EC = 0,5 x mv2, formule dans laquelle m est la masse, c'est-à-dire la quantité de matière qu'elle renferme et v, la vitesse de l'objet, soit le rapport d'un changement de position par rapport au temps [11] .
    • Votre réponse sera en joules (J), qui est l'unité internationale de l'énergie cinétique. Il équivaut à 1 kg.m2/s2.
  2. Image intitulée Calculate Kinetic Energy Step 8
    2
    Passez à l'application numérique. Selon les exercices, on vous donnera l'énergie cinétique et la masse ou l'énergie cinétique et la vitesse. Une fois l'énoncé lu, prenez votre formule et remplacez les données littérales par leurs valeurs respectives.
    • Exemple 1 : quelle est la vitesse d'un objet ayant une masse de 30 kg et une énergie cinétique de 500 J ?
      • EC = 0,5 x mv2
      • 500 J = 0,5 x 30 x v2
    • Exemple 2 : quelle est la masse d'un objet ayant une énergie cinétique de 100 J et une vitesse de 5 m/s ?
      • EC = 0,5 x mv2
      • 100 J = 0,5 x m x 52
  3. Image intitulée Calculate Kinetic Energy Step 9
    3
    Isolez l'inconnue afin de trouver sa valeur. En respectant certaines règles d'algèbre, comme la modification dans les mêmes termes des deux membres d'une équation, il faut isoler d'un côté de l'équation la valeur que l'on recherche.
    • Exemple 1 : quelle est la vitesse d'un objet ayant une masse de 30 kg et une énergie cinétique de 500 J ?
      • EC = 0,5 x mv2
      • 500 J = 0,5 x 30 x v2
      • Multipliez la masse par 0,5 : 0,5 x 30 = 15.
      • Divisez l'énergie cinétique par le résultat ci-dessus : 500/15 = 33,33.
      • Prenez la racine carrée de ce dernier résultat pour trouver la vitesse : 5,77 m/s.
    • Exemple 2 : quelle est la masse d'un objet ayant une énergie cinétique de 100 J et une vitesse de 5 m/s ?
      • EC = 0,5 x mv2
      • 100 J = 0,5 x m x 52
      • Élevez la vitesse au carré : 52 = 25.
      • Multipliez par 0,5 : 0,5 x 25 = 12,5.
      • Divisez l'énergie cinétique par le résultat ci-dessus : 100/12,5 = 8 kg.
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Références

  1. ↑ https://www.chem.wisc.edu/deptfiles/genchem/netorial/modules/thermodynamics/energy/energy2.htm
  2. ↑ https://www.chem.wisc.edu/deptfiles/genchem/netorial/modules/thermodynamics/energy/energy2.htm
  3. ↑ http://www.physicsclassroom.com/class/energy/Lesson-1/Kinetic-Energy
  4. ↑ http://www.physicsclassroom.com/class/energy/Lesson-1/Kinetic-Energy
  5. ↑ http://www.physicsclassroom.com/class/energy/u5l1c.cfm
  6. ↑ http://www.harpercollege.edu/tm-ps/chm/100/dgodambe/thedisk/labtech/mass.htm
  7. ↑ http://www.physicsclassroom.com/class/1DKin/Lesson-1/Speed-and-Velocity
  8. ↑ http://www.physicsclassroom.com/class/energy/u5l1c.cfm
  9. ↑ http://www.physicsclassroom.com/class/energy/u5l1c.cfm
  1. ↑ https://www.chem.wisc.edu/deptfiles/genchem/netorial/modules/thermodynamics/energy/energy2.htm
  2. ↑ http://www.physicsclassroom.com/class/energy/u5l1c.cfm

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Catégories: Physique
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