Énergie cinétique

L'énergie cinétique est l'énergie du mouvement, que ce soit le mouvement de grands objets (énergie cinétique macroscopique) ou le mouvement de petits atomes et molécules (énergie cinétique microscopique). L'énergie cinétique macroscopique est de « haute qualité », tandis que l'énergie cinétique microscopique est plus désordonnée et de « basse qualité ».

Pour voir la simulation montrant l'interaction entre l'énergie potentielle gravitationnelle, l'énergie cinétique et l'énergie d'un ressort: cliquez ici. Les autres simulations ci-dessous démontrent des échanges entre l'énergie cinétique et l'énergie potentielle gravitationnelle ainsi que des transformations de l'énergie cinétique macroscopique en énergie cinétique microscopique sous l'influence de la friction.

L'énergie cinétique de rotation est aussi une forme d'énergie cinétique qui provient d'un objet qui tourne.

Énergie cinétique macroscopique

C'est la forme la plus évidente d'énergie car elle est la plus facile à observer. C'est l'énergie que les objets en mouvement possèdent. Plus un objet est grand ou plus vite il se déplace et plus d'énergie cinétique il possède. La somme de l'énergie potentielle et de l'énergie cinétique macroscopique est appelée l'énergie mécanique. Elle reste constante pour un système lorsqu'il n'y a que des forces conservatives en jeu (et aucune force non conservative).

L'énergie cinétique est calculée à l'aide de la formule suivante :

[math]\displaystyle{ E = \frac{1}{2}mv^2 }[/math]

• E est l'énergie, mesurée en joules (J)
• m est la masse, mesurée en kilogrammes (kg)
• v est la vélocité, mesurée en mètres par seconde (m/s)

1. Plus un objet en mouvement possède de masse, plus d'énergie cinétique il aura à la même vitesse. Une voiture de 2000 kg se déplaçant à 14 m/s possède deux fois plus d'énergie cinétique qu'une voiture de 1000 kg qui se déplace à une vitesse équivalente à 14 m/s.
2. Comme le terme de vitesse dans cette formule est au carré, la vitesse a un effet plus fort que la masse sur l'énergie cinétique. Une voiture qui se déplace deux fois plus vite qu'une autre voiture de masse identique aura 2² ou quatre fois plus d'énergie cinétique. Une voiture qui se déplace trois fois plus vite aura 3² ou NEUF fois plus d'énergie cinétique!

Voici quelques moyens d'exploiter l'énergie cinétique macroscopique :

L'énergie éolienne exploite l'énergie cinétique des masses d'air en mouvement (le vent) et la transforme en électricité. Le vent lui-même est créé initialement par des changements complexes d'énergie thermique lorsque l'atmosphère et l'océan sont chauffés et refroidis par le soleil. (En fait, le soleil n'a aucun effet refroidissant, mais les objets terrestres ne sont pas toujours éclairés!)

L'hydroélectricité exploite l'énergie cinétique du mouvement de l'eau lors de sa chute (dans une chute d'eau ou un barrage hydroélectrique)

L'énergie marémotrice exploite l'énergie de l'eau en mouvement lorsqu'elle va et vient en raison des marées.

PhET: Skate park énergétique

L'Université du Colorado nous a généreusement permis d'utiliser la simulation PhET suivante. Explorez cette simulation pour voir comment l'énergie potentielle gravitationnelle et l'énergie cinétique s'échangent mais gardent la même énergie mécanique. Remarquez comment l'énergie mécanique peut être perdue et transformée en énergie thermique, mais la quantité totale d'énergie reste constante :

Énergie cinétique microscopique

L'énergie thermique (température) est un type particulier d'énergie cinétique. Il représente l'énergie totale de mouvement, de rotation et de vibration des atomes et des molécules qui composent un objet ou un fluide. Dans un gaz ou un mélange de gaz, comme l'air, le mouvement (et la rotation) des différentes particules de gaz constitue cette énergie. Dans un solide, comme une table, l'énergie thermique existe sous forme de vibration des atomes ou des molécules. L'énergie thermique totale comprend également certaines formes d'énergie potentielle atomique, mais l'énergie cinétique des particules est celle sur laquelle il est le plus facile de se concentrer. 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 principe de la thermodynamique).

Simulation PhET

L'Université du Colorado nous a généreusement permis d'utiliser la simulation PhET suivante. Cette simulation explore comment l'énergie cinétique macroscopique devient une énergie cinétique microscopique:

Pour en savoir plus sur l'énergie cinétique, veuillez consulter hyperphysics.