De quoi l'énergie est-elle le nom ?

Conférence Cyclope du 18/12/2012 par Étienne Klein Directeur de recherche au CEA.

 M. Joule pédale dans la nuit après un solide dîner chez les Leroux. Tandis qu'il sue à grosses gouttes, la lampe de son vélo éclaire péniblement le chemin. Histoire banale. Sauf si l'on considère avec le physicien que le poulet mitonné par Madame Leroux est en train de produire de l'électricité... moyennant quelques transformations intermédiaires. Chaleur, mouvement, rayonnement électromagnétique sont autant de phénomènes disparates que nous relions aujourd'hui sous une seule et même grandeur : l'énergie. Cette notion n'est devenue un véritable concept de la physique qu'au milieu du XIXe siècle, à partir du moment où il a été établi de façon claire qu'elle obéissait à une loi de conservation. Qu'implique cette loi de conservation qui suppose du même coup qu'il y ait transformation ? Petit retour sur ce concept en compagnie du physicien Etienne Klein.

 

L'énergie cinétique

Un canon magnétique

Cette expérience spectaculaire ne demande que peu de matériel : deux billes d'acier, un aimant permanent et une glissière faite dans une baguette électrique. Pas de quoi faire un canon avec ça, pensez-vous ? Eh bien, regardez...

 

Le défi énergétique

Une population toujours plus nombreuse, toujours plus énergivore, conduit inéluctablement à l’épuisement des ressources fossiles. Il devient urgent d’inventer de nouvelles pratiques, respectueuses de l’environnement : la construction du monde énergétique de demain devra être basée sur la maîtrise de la consommation. Mais cela ne suffira pas, il faudra mieux utiliser les ressources durables, savoir stocker l’énergie de manière efficace et aussi améliorer le « mix énergétique ». Certains chercheurs de l’Université Paris-Sud ont relevé ce défi.
Géothermie, énergie solaire, hydrogène.

 

La "boîte magique", une boîte de conserve qui roule toute seule

Cette vidéo montre le comportement étrange d'une boîte de conserve : posée sur une table horizontale et déplacée à la main, elle revient en arrière et ne s'immobilise qu'après plusieurs allers et retours. Le secret de la boîte est simple, mais son explication et loin d'être triviale car elle fait appel à la notion d'énergie potentielle élastique.

Les autres démonstrations de cette série.

Comment estimer une hauteur de chute ?

Plus grande est la hauteur de chute d'une bille, plus grande est la trace qu'elle laisse dans de la pâte à modeler.

Les autres démonstrations de cette série.

Le pendule de Galilée

Un pendule de Galilée est un pendule simple dont on peut modifier la longueur grâce à une tige placée sur son parcours. La période est modifiée, mais le pendule s'immobilise à des hauteurs toujours égales, en vertu de la conservation de l'énergie mécanique.

Les autres démonstrations de cette série.

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La notion d'énergie, de sa naissance à E = mc²

Conférence de Robert Locqueneux , Professeur émérite d’Histoire des Sciences et Epistémologie à l’Université de Lille 1.

 L’émergence et le développement de la notion d’énergie au cours du XIXème siècle amènent des transformations dans la conception de la matière. Certains affirment que l’énergie est aussi réelle et indestructible que la matière. D’autres répondent que l’énergie est la seule réalité effective. Selon que l’on adopte une vision mécanique du monde, une vision énergétique ou électromagnétique, on pense différemment l’énergie et ses rapports avec la matière. Dans quelle mesure ces débats préparent-ils le terrain pour la fameuse équation E = mc² ?

 

Tirs sur plaque de verre

Séquence, en prise de vue à grande vitesse, permettant l’observation d’impacts de balles sur une plaque de verre.

Relation entre Puissance, Energie et temps

On compare l'énergie consommée par un appareil de chauffage pendant un certain temps avec sa puissance.

Autres vidéos par Nicolas Braneyre

Eurêka! Épisode 10: L'énergie potentielle

Autres épisodes de la série.

Eurêka! Épisode 9: L'énergie cinétique

Autres épisodes de la série.

Travail des forces de pression et énergie interne

Cours 1S physique chapitre 7

Source: Thierry Collet

Autres vidéos par Thierry Collet

Énergie potentielle de pesanteur

Cours 1S physique, chapitre 6

Source: Thierry Collet

Autres vidéos par Thierry Collet

Énergie potentielle de pesanteur:



Relation entre le travail du poids et l'énergie potentielle de pesanteur:



Conservation de l'énergie lors d'une chute libre:

Théorème de l'énergie cinétique

Cours 1S physique chapitre 6

Source: Thierry Collet

Autres vidéos par Thierry Collet

Theorème de l'énergie cinétique dans le cas de la chute libre:



Théorème de l'énergie cinétique:

Travail et puissance

Cours 1S physique chapitre 5.

Source: Thierry Collet

Autres vidéos par Thierry Collet

Travail d'une force le long d'un chemin AB:



Travail fait par une force constante:



Travail d'une force motrice ou resistante:



Travail du poids:



Puissance:



Source: Thierry Collet

Système bloc-ressort

Loi de Hooke (force exercée par un ressort)

Loi de Hooke: la grandeur de la force exercée par un ressort est directement proportionnelle à la longueur d'étirement (ou de compression) du ressort par rapport à sa longueur naturelle.




Conservation de l'énergie

Le bloc glisse sur une surface horizontale sans frottement. K est l'énergie cinétique, U est l'énergie potentielle élastique, et E est l'énergie mécanique totale. Pendant que l'énergie potentielle se transforme en énergie cinétique (et vice versa), l'énergie mécanique totale demeure constante.



Autres vidéos par Yves Pelletier

Boucle circulaire verticale

Une bille roule dans une boucle circulaire verticale.  Son énergie potentielle gravitationnelle se transforme partiellement en énergie cinétique de translation et en énergie cinétique de rotation.  À quelle hauteur minimale doit-on relâcher la bille:  2R,  2.5R ou 2.7R?

Une démonstration de MIT TechTV

Voir les autres démos du MIT

Pendule simple

Pendule simple: vecteur vitesse, vecteurs accélération (radiale en bleu et tangentielle en orange), forces (tension en orange et poids en bleu), et énergies (énergie cinétique en jaune, énergie potentielle gravitationnelle en vert, et énergie mécanique totale en orange).

Autres vidéos par Yves Pelletier

Conceptual physics: conservation de l'énergie

Paul Hewitt illustre le principe de conservation de l'énergie au moyen d'un pendule constitué d'une boule de bowling.