L’énergie cinétique est l’énergie du mouvement. Cela peut être le mouvement de gros objets (énergie cinétique macroscopique) ou le mouvement de petits atomes et molécules (énergie cinétique microscopique). L’énergie cinétique macroscopique est une énergie de « haute qualité », tandis que l’énergie cinétique microscopique est plus désordonnée et de « mauvaise qualité ». »
Il y a une simulation avec laquelle jouer à l’énergie potentielle qui montre l’interaction de l’énergie potentielle gravitationnelle, de l’énergie cinétique et de l’énergie du ressort. Une simulation ci-dessous montre comment l’énergie circule entre l’énergie cinétique et l’énergie potentielle gravitationnelle et une autre simulation ci-dessous montre comment le frottement fait que l’énergie cinétique macroscopique devient de l’énergie cinétique microscopique.
L’énergie cinétique de rotation est également une forme d’énergie cinétique provenant de la rotation d’un objet.
Énergie cinétique macroscopique
C’est la forme d’énergie la plus évidente car elle est la plus facile à observer. C’est l’énergie possédée par les objets en mouvement. Plus un objet est grand ou plus il se déplace rapidement, plus il a d’énergie cinétique. La somme de l’énergie potentielle et de l’énergie cinétique macroscopique est appelée énergie mécanique et reste constante pour un système lorsqu’il n’y a que des forces conservatrices (pas de forces non conservatrices).
L’énergie cinétique est calculée à l’aide de la formule suivante:
- E est l’énergie, mesurée en joules (J)
- m est la masse, mesurée en kilogrammes (kg)
- v est la vitesse, mesurée en mètres par seconde (m/s)
- Plus un objet en mouvement a de masse, plus il possédera d’énergie cinétique à la même vitesse. Une voiture de 2000 kg se déplaçant à 14 m / s a deux fois plus d’énergie cinétique qu’une voiture de 1000 kg se déplaçant à une vitesse équivalente de 14 m / s.
- Comme le terme de vitesse dans cette formule est carré, la vitesse a un effet beaucoup plus important que la masse sur l’énergie cinétique. Une voiture se déplaçant à deux fois la vitesse d’une autre voiture de masse identique aura 22 ou quatre fois plus d’énergie cinétique. Une voiture se déplaçant à trois fois la vitesse de base aura 32 ou NEUF fois l’énergie cinétique d’origine!
Parmi les moyens d’exploiter l’énergie cinétique macroscopique, citons:
L’énergie éolienne exploite l’énergie cinétique possédée par les corps d’air en mouvement (vent), la convertissant en électricité. Le vent lui-même est créé initialement par des modèles complexes de changements d’énergie thermique lorsque l’atmosphère et les océans sont chauffés et refroidis par le soleil. (Le soleil ne refroidit pas les objets, mais le soleil ne brille jamais tout le temps sur un objet sur Terre!)
L’hydroélectricité exploite l’énergie cinétique de l’eau en mouvement lorsqu’elle tombe (dans une cascade ou un barrage hydroélectrique)
L’énergie marémotrice exploite l’énergie de l’eau en mouvement lorsqu’elle se déplace d’avant en arrière en raison des marées
PhET: Energy skate park
L’Université du Colorado nous a gracieusement permis d’utiliser la simulation PhET suivante. Explorez cette simulation pour voir comment l’énergie potentielle gravitationnelle et l’énergie cinétique vont et viennent tout en conservant la même énergie mécanique. Remarquez comment l’énergie mécanique peut être perdue et transformée en énergie thermique, mais la quantité totale d’énergie reste la même:
Énergie cinétique microscopique
L’énergie thermique (température) est un type particulier d’énergie cinétique. Ce n’est pas l’énergie d’un objet entier lui-même en mouvement – c’est l’énergie totale de mouvement, de rotation et de vibration des atomes et des molécules à l’intérieur d’un objet. Dans un gaz ou un mélange de gaz, comme l’air, le mouvement (et la rotation) des particules de gaz individuelles constitue cette énergie. Dans un solide, comme une table, l’énergie thermique existe sous forme de vibration d’atomes ou de molécules. L’énergie thermique totale comprend également certaines formes atomiques d’énergie potentielle, mais l’énergie cinétique des particules est la plus facile à utiliser. La température d’un objet est déterminée par son énergie cinétique microscopique totale.
Bien que toute l’énergie cinétique microscopique ne puisse pas être transformée en travail utile, un moteur thermique peut obtenir une partie de l’énergie thermique et la transformer en travail utile (bien que cela soit limité par la deuxième loi de la thermodynamique).
Simulation PhET
L’Université du Colorado nous a gracieusement permis d’utiliser la simulation PhET suivante. Cette simulation explore comment l’énergie cinétique macroscopique devient l’énergie cinétique microscopique:
Pour en savoir plus sur l’énergie cinétique, veuillez consulter hyperphysique.
