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Énergie cinétique

Énergie cinétique

L'énergie cinétique ou énergie du mouvement est une forme d'énergie qui a un corps en mouvement en raison de l'inertie de masse. Dans les cadres de référence non relativistes, l'énergie cinétique est directement proportionnelle à la masse et au carré de la vitesse. C'est le même travail à faire pour que le corps passe de l'état de repos à l'état dans lequel il se trouve.

En mécanique classique, nous tenons compte des considérations suivantes:

  • Un corps de masse m qui se déplace à une vitesse v a une énergie cinétique Ec = (m · v 2 ) / 2.
  • Si le corps subit également une rotation autour du centre de masse, il aura une énergie cinétique résultant de cette rotation. Ec = (I · w 2 ) / 2. Dans l'équation ci-dessus, I représente l'inertie du corps et w représente la vitesse angulaire.
  • Avec un mouvement général, le théorème de König est applicable et l'énergie cinétique totale est la somme des énergies cinétiques des deux mouvements.

Conversion d'énergie

L'énergie cinétique totale d'un système peut, par exemple, changer lorsqu'elle est convertie en énergie potentielle, en convertissant l'énergie chimique en un moteur à combustion interne, y compris un moteur de fusée et un projectile, et en chaleur ou en énergie. thermique, en cas de frottement ou de collision.

La vitesse, et donc aussi l'énergie cinétique, dépendent du système inertiel choisi. L'énergie cinétique totale d'un système est inférieure lorsque le centre de masse de ce système est au repos. Dans d'autres cas, l'énergie cinétique qui correspond au mouvement de la masse totale à la vitesse du centre de masse est ajoutée. La vitesse du centre de masse d'un système fermé reste constante en raison de la loi de conservation du moment. Les modifications de l'énergie cinétique totale du système, comme dans les exemples précédents, ne dépendent donc pas du cadre d'inertie, mais des modifications des éléments du système.

Par exemple, si deux corps s'attirent et que leur séparation devient plus petite, l'énergie potentielle est convertie en énergie cinétique. En fonction du système inertiel, cette augmentation de l'énergie cinétique augmente différemment pour chacun des deux corps. Même l'énergie cinétique d'un corps peut diminuer, augmentant l'énergie de l'autre.

De même, si une fusée convertit l'énergie chimique en énergie cinétique, cela dépend de la vitesse de la fusée (et donc du système inertiel), dans quelle mesure cette augmentation de l'énergie cinétique totale profite à la fusée et dans quelle mesure de réaction et l'énergie cinétique de la fusée peuvent même diminuer, ce qui augmente la masse de réaction, ou inversement. Dans le cas d'une matrice, dans le cas d'une collision centrale parfaitement élastique, l'énergie cinétique transmise dépend du système inertiel de la manière suivante: cette énergie est proportionnelle à la vitesse du centre de gravité des objets en collision.

Énergie de traduction cinétique

L'énergie de la translation cinétique totale de deux corps par rapport au centre de masse peut être calculée sur la base de la masse réduite et de la vitesse mutuelle, voir le problème des deux corps. La répartition de cette énergie entre les deux corps est inversement proportionnelle à la masse. Par exemple, avec le système d'une voiture en mouvement et du reste de la Terre, l'énergie cinétique du reste de la Terre ne change guère avec les changements de vitesse de la voiture, bien que l'impulsion change toujours dans la même mesure que l'automobile.

Dans le cas d'un problème à trois corps avec le Soleil, la Terre et une capsule spatiale, l'énergie cinétique du Soleil par rapport au centre de gravité des trois corps est également négligeable. Les changements dans l'énergie cinétique de la Terre à travers l'interaction avec la capsule ne sont maintenant plus négligeables par rapport à l'énergie cinétique de la capsule, voir aussi le taux d'échappement.

L'énergie cinétique dans les molécules

L'énergie cinétique de translation totale des molécules locales est la somme de l'énergie cinétique correspondant au mouvement de la masse totale de ces molécules à la vitesse de leur centre de masse (mouvement macroscopique) et d'autre part, l'énergie de translation cinétique par rapport au centre de masse. Ce dernier est lié à la température dans l'emplacement correspondant.

Avec un gaz idéal, l'énergie de translation cinétique par rapport au centre de masse est au total 3/2 fois la pression multipliée par le volume et proportionnelle à la température, soit 12,47 J par mole par Kelvin. Ce dernier est 3/2 fois la constante des gaz et, dans les molécules d'un seul atome, il est égal à la chaleur spécifique à volume constant. Avec les molécules de plusieurs atomes, il existe une autre énergie qui augmente avec la température, à savoir la rotation et la vibration des molécules, de sorte que la chaleur spécifique est supérieure.

À la même température (et en particulier dans un mélange de gaz), les molécules lourdes ont en moyenne la même énergie de translation cinétique que la lumière (théorie de l'équipartition); Par conséquent, ils ont une vitesse inférieure.

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Dernier examen: 8 mai 2019

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