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EnergieMecanique

La mécanique au collégial - Martin Aubé 2008

La notion d'énergie

En principe, l'application des loi de Newton permet de déterminer en tout temps la position, et la vitesse d'un objet pour autant que la force résultante sur l'objet puisse être déterminée en tout points de sa trajectoire et en supposant que les condition de position et vitesse initiales soient connues. Malheureusement ces informations sont parfois difficile à obtenir et c'est dans ce contexte que la notion d'énergie peut être introduite comme un outil de résolution plus synthétique mais en même temps moins versatile. Il est impossible par exemple d'utiliser une résolution basée sur l'énergie pour déterminer la durée d'une trajectoire alors que cela demeure possible avec les lois de Newton. L'énergie est un scalaire dont l'unité est le Joule (kg m² s^-2). Une analyse dimentionnelle nous montre que l'énergie possède les unités d'une masse multipliée par une vitesse au carré ou d'un force multipliée par une distance.

Il existe principalement 3 formes d'énergie:

1. Le travail
2. L'énergie potentielle
3. L'énergie cinétique

L'énergie de masse

L'énergie d'un système peut aussi être évaluée depuis les travaux sur la relativité générale d'Einstein par la mesure de la masse d'un objet en considérant l'équivalent masse-énergie.

{#E=m c^2#}

Dans les sections qui suivront, nous prendrons le temps de bien définir chacune de ces formes.

Le principe d'invariance

L'un des principes importants de la physique est l'invariance des lois physiques selon certaines transformations ou symétries (principe de Noether). Selon ce principe, le lois de la physique sonténonce que la physique est :

• invariante sous translation dans le temps, ce qui entraine qu'il n'y a pas d'origine absolu du temps. Cette invariance conduit à l'important principe de la conservation de l'énergie.
• invariante sous translation dans l'espace, ce qui entraîne qu'il n'y a pas de référence absolue dans l'espace. Cette invariance conduit au principe de conservation de la quantité de mouvement.
• invariante sous rotation, ce qui entraîne qu'il n'y a pas de direction privilégiées dans l'Univers (isotropie). (ceci ayant pour conséquence qu'il n'y a pas de direction privilégiée dans l'espace). Cette invariance conduit au principe de conservation du moment cinétique.

Chacun de ces trois principes seront présentés dans ce chapitre.