Comprendre l'énergie/Énergie, état, travail et service rendu
2. Énergie, travail et service rendu
Ce que l’on veut
[modifier | modifier le wikicode]Donc, à l'origine de la notion d'énergie, il y a la notion de travail : pour remplacer le travail humain, on a recours à la force animale, puis aux forces de la nature : gravité, vent, courant d'eau, feu, radioactivité. Le but étant de faire fonctionner des machines qui vont produire à notre place : extraire des ressources ou matières premières (secteur primaire : travail de mine, agriculture), transformer les matières premières (secteur secondaire : fabrication), stocker, transporter et distribuer les produits finis (secteur tertiaire : commerce), diversifier nos loisirs (secteur tertiaire également)…
Il faut garder cela à l'esprit : la finalité de l'énergie, c'est de nous simplifier la vie — c'est moins dur de conduite une pelleteuse que de creuser à la pelle —, produire plus vite et moins cher — une souffleuse fabrique plusieurs milliers de bouteilles plastique par heure, à comparer avec le temps que met un souffleur de verre à faire une seule bouteille —, faire de nouvelles choses — poser le pied sur la Lune.
Il faut donc toujours se référer au service rendu. Par exemple, si votre boulangerie est à 200 m, mais que vous décidez de prendre votre voiture pour y aller à cause de la pluie, alors le service rendu est celui… d'un parapluie.
État
[modifier | modifier le wikicode]L'état, c'est la description de « comment est le système » : est-il chaud ou froid, est-il immobile ou bien se déplace-t-il, et dans ce cas est-ce vite ou lentement ; est-il en hauteur ou en bas ; est-il déformé…
L'état se décrit par des grandeurs, c'est-à-dire des nombre associés à des unités :
- le chaud/froid est décrit par la température, unités : degrés celsius (°C), Kelvin (K) ;
- la rapidité du déplacement est décrite par la vitesse, unités : kilomètre par heure (km/h), mètre par seconde (m/s) ;
- le caractère « en haut ou en bas » est décrit par l'altitude, unités : mètres (m), kilomètres (km), centimètres (cm), pieds…
- la déformation est décrite par le taux de déformation, unités : pourcentage (%), sans unité (« 1 sans unité » signifie « 100 % », « 0,5 sans unité » signifie 50 %…).
Grandeurs et unités
[modifier | modifier le wikicode]Comme dit ci-dessus, une grandeur physique est un phénomène qui s'exprime par un nombre assorti d'une unité. Nous listons ci-dessous les grandeurs dont nous allons avoir besoin pour parler énergie.
La masse
[modifier | modifier le wikicode]La première grandeur est la masse. En effet, l'énergie sert souvent à transporter, et ce qui « résiste aux efforts », c'est d'abord la masse.
La masse représente l'inertie, c'est-à-dire la résistance au mouvement. Considérons un chariot de supermarché (Caddie). Lorsqu'il est à l'arrêt, il faut fournir un effort de poussée pour le faire avancer ; son inertie tend à le maintenir arrêté. Mais une fois qu'il roule, il faut le retenir pour l'arrêter : son inertie tend à conserver son mouvement. De même, pour le faire tourner, il faut fournir un effort : son inertie tend à conserver une trajectoire droite. Bref, l'inertie, c'est la tendance qu'on les chose à conserver leur mouvement : immobilité (mouvement nul) ou bien mouvement en ligne droite à vitesse constante.
L'inertie est représentée par la grandeur « masse », notée « m » et qui s'exprime en « kilogrammes » (dont l'abréviation est « kg »). Un chariot vide a une masse faible ; il est facile à pousser, à faire tourner, à arrêter. À l'inverse, un chariot plein a une masse importante : il est difficile à pousser, à faire tourner, à arrêter.
On confond souvent la masse avec le poids : en effet, plus un objet a de masse, plus il est lourd. Les deux sont liés, mais :
- le poids représente la difficulté à porter un objet ;
- la masse représente la difficulté à mettre en mouvement, modifier le mouvement, arrêter un objet.
On peut pousser un chariot plein, mais on n'est pas capable de le porter…
La distance
[modifier | modifier le wikicode]Nous avons également besoin de parler de distance. La distance représente l'importance du chemin parcouru, la longueur du chemin. Cette grandeur est notée d ou parfois x, et s'exprime en mètres (dont l'abréviation est « m »).
L'altitude est une distance, la distance par rapport au sol.
Durée
[modifier | modifier le wikicode]La durée est le temps qui s'écoule entre deux états, durant une transformation. Elle est notée t, et s'exprime principalement en secondes (dont l'abréviation est « s »).
La force
[modifier | modifier le wikicode]Quand on parle d'énergie, une notion fondamentale est celle de force. Une force est un phénomène qui peut déplacer et/ou déformer un objet. Le poids est une force qui tire les objets vers le bas, le déplacement étant la chute. Quand on pousse une armoire pour la déplacer, on exerce une force. La force se note habituellement « F » et s'exprime en newtons (unité dont l'abréviation est « N »). Une force de 1 N (un newton) correspond au poids d'un objet de 100 g.
La vitesse
[modifier | modifier le wikicode]Et nous avons aussi besoin de parler de vitesse. La vitesse, grandeur notée v, s'exprime en mètres par second (dont l'abréviation est « m/s »). Dans le langage courant, on l'exprime souvent en kilomètre par heure (km/h) : 1 km/h = 0,28 m/s ; 1 m/s = 3,6 m/s
Bilan
[modifier | modifier le wikicode]| Masse | Phénomène correspondant |
Abréviation | Unité |
|---|---|---|---|
| Masse | inertie | m | kilogramme (kg) |
| Distance | longueur parcourue | d, x | mètre (m) |
| Durée | temps qui s'écoule | t | seconde (s) |
| Force | capacité à bouger ou déformer | F | newton (N) |
| Vitesse | rapidité du déplacement | v | mètre par seconde (m/s) |
Tracter une charge
[modifier | modifier le wikicode]Vous désirez tracter une charge. Ça a été la première raison du recours à la force animal : tracter la charrue pour labourer, tracter le chariot ou le traîneau pour déplacer des charges lourdes. Le travail fournit s'exprime de manière simple :
- si l'on déplace une charge sur une distance de 1 m en exerçant une force de traction de 1 N, alors on effectue un travail de 1 J.