Définition, caractéristiques et exemples de l’énergie mécanique

Publié le 18 janvier, 2024

Définition de l’énergie mécanique

La définition de l’énergie en physique est la capacité d’effectuer un travail ou de provoquer un mouvement ou un changement. Qu’est-ce que l’énergie mécanique? La définition de l’énergie mécanique est la quantité totale d’énergie d’un objet. Cette énergie est relative à la position ou au mouvement d’un objet. L’énergie mécanique peut être classée comme cinétique ou potentielle. L’énergie mécanique est-elle potentielle ou cinétique? L’énergie mécanique totale possède à la fois de l’énergie potentielle et de l’énergie cinétique. Le fait que l’énergie soit potentielle ou cinétique dépend de la position de l’objet à un moment précis.

L’énergie potentielle est l’énergie stockée et dépend de la position, de la charge, des liaisons ou de l’élasticité d’un objet ou d’un système. L’énergie cinétique est l’énergie du mouvement et dépend de la vitesse et de la masse d’un objet. Parce qu’un objet en mouvement possède de l’énergie cinétique, il a la capacité d’effectuer un travail sur d’autres objets avec lesquels il entre en collision.

L’image montre la relation entre le potentiel total et les énergies cinétiques sur des montagnes russes. La définition de l’énergie mécanique est la somme du potentiel et de la cinétique dans un système macroscopique.

Que signifie l'énergie mécanique.  Cette image montre la relation entre les énergies cinétiques et potentielles sur des montagnes russes.  La somme de ces énergies est égale à l'énergie mécanique.

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Caractéristiques énergétiques mécaniques

Les caractéristiques de l’énergie mécanique peuvent être considérées comme de l’énergie stockée ou en mouvement au sein d’un système macroscopique (un groupe d’objets ou de forces visibles). L’énergie potentielle mécanique peut prendre la forme d’énergie potentielle gravitationnelle ou élastique. L’énergie potentielle gravitationnelle est stockée dans sa position par rapport à une force gravitationnelle. L’énergie potentielle est gravitationnelle lorsqu’un objet au-dessus de la surface de la Terre a le potentiel de tomber, transformant son énergie potentielle en énergie cinétique.

L’énergie potentielle élastique est stockée lorsque la forme d’un objet est étirée ou comprimée avec le potentiel de revenir à sa forme originale. Un objet étiré ou comprimé possède une énergie élastique potentielle si l’objet peut provoquer un mouvement ou un travail lorsque le matériau revient à sa position ou sa forme d’origine.

L’énergie mécanique peut être exploitée grâce à la technologie pour faciliter le travail. Par exemple, une éolienne peut convertir l’énergie mécanique cinétique du vent en énergie électrique. De plus, une centrale nucléaire convertit l’énergie nucléaire des atomes en énergie thermique, qui est utilisée pour transformer l’eau en vapeur. Cette vapeur est ensuite exploitée sous forme d’énergie mécanique pour faire tourner une turbine, qui à son tour convertit l’énergie mécanique en énergie électrique pour alimenter les villes.

Globalement, l’énergie mécanique peut être convertie en tout autre type d’énergie en une ou plusieurs étapes, et inversement, tout autre type d’énergie peut être transformé en énergie mécanique.

Formule d’énergie mécanique

La relation entre les énergies mécanique, cinétique et potentielle est représentée par la formule ci-dessous où E représente l’énergie mécanique, U représente l’énergie potentielle et K représente l’énergie cinétique :

{eq}E_{mécanique} = U + K {/eq}

L’équation ci-dessus montre que l’énergie mécanique est égale à la somme des énergies potentielle et cinétique dans un système macroscopique.

Formule d’énergie potentielle mécanique

L’énergie potentielle gravitationnelle d’un objet peut être calculée en fonction de sa masse, de sa hauteur (à quelle hauteur il se trouve au-dessus de la surface de la Terre) et de la force gravitationnelle qui l’exerce. L’énergie potentielle gravitationnelle augmente avec la masse et/ou la hauteur de l’objet. Autrement dit, plus l’objet est lourd et/ou haut, plus il possède d’énergie potentielle. Cette relation est représentée dans la formule ci-dessous où U représente l’énergie potentielle, m représente la masse de l’objet en kilogrammes, g représente l’accélération gravitationnelle de l’objet (9,8 mètres par seconde au carré) et h est la hauteur de l’objet en mètres..

{eq}U = mgh {/eq}

L’énergie potentielle mécanique dépend de la position d’un objet qui est influencée par une force, qu’elle soit élastique ou gravitationnelle. L’énergie potentielle augmente à mesure que l’objet se déplace dans la direction opposée à la force qui agit sur lui.

Par exemple, l’énergie potentielle gravitationnelle augmente plus elle est élevée dans l’air ou plus elle est éloignée de la surface de la Terre. En effet, il y a plus de force gravitationnelle sur un objet haut dans les airs que sur un objet bas par rapport au sol.

Formule d’énergie cinétique mécanique

La formule ci-dessous représente la relation entre l’énergie cinétique, la vitesse et la masse d’un objet où K représente l’énergie cinétique, v représente la vitesse et m représente la « masse ». L’énergie cinétique d’un objet est égale à la moitié de sa masse multipliée par le carré de sa vitesse. Cette formule représente la réalité selon laquelle l’augmentation de la vitesse ou de la masse d’un objet augmente son énergie cinétique.

{eq}K = \frac{1}{2} mv^2 {/eq}

Conservation de l’énergie mécanique

Au sein d’un système, l’énergie mécanique restera constante si aucune force extérieure n’agit sur elle. La loi de conservation de l’énergie stipule que l’énergie ne peut être ni créée ni détruite ; cela change simplement de forme.

La conservation de l’énergie mécanique peut être observée dans un objet qui est poussé à travers le vide de l’espace où il n’y a pas de vent ou de résistance de l’air et qui maintiendra une vitesse et une direction constantes tant qu’il n’est pas sollicité par une autre force.

Cependant, la plupart des objets sur Terre qui possèdent de l’énergie mécanique sont soumis au frottement de l’air ou à d’autres forces et ralentissent donc. Par exemple, une voiture qui roule sur la route doit puiser dans l’énergie produite par son moteur pour maintenir la même vitesse. En effet, les forces de friction entre les pneus et la route et la résistance de l’air agissent constamment sur celle-ci pour la ralentir. Si le conducteur de la voiture cessait d’appuyer sur la pédale d’accélérateur, la voiture finirait par s’arrêter en raison des forces de friction qui agissent sur elle.

Un autre exemple est un pendule oscillant. Alors que le pendule est complètement d’un côté ou d’un « sommet », toute son énergie est sous forme d’énergie potentielle. Lorsque le pendule descend jusqu’à son point le plus bas, son énergie potentielle est entièrement convertie en énergie cinétique.

Une partie de cette énergie est cependant perdue à cause de la résistance de l’air ainsi que du frottement entre la corde et l’endroit où elle est attachée, ce qui entraîne le ralentissement et l’arrêt du pendule. Sans cette force extérieure de friction agissant sur lui, le pendule conserverait son énergie cinétique et potentielle et oscillerait pour toujours.

Un exemple d’énergie mécanique. Un pendule oscillant montre la relation entre l’énergie potentielle et l’énergie cinétique.

Un pendule oscillant est un exemple d’énergie mécanique.  Au fur et à mesure que le pendule oscille, ses énergies potentielle et cinétique se transforment l'une en l'autre.


La formule de l’énergie gravitationnelle potentielle peut être utilisée pour trouver l’énergie gravitationnelle mécanique potentielle d’un objet. L’énergie gravitationnelle potentielle d’un objet dépend de sa masse, de sa hauteur (la hauteur de l’objet dans l’air) et du champ gravitationnel dans lequel il réside. Cette relation est représentée par la formule ci-dessous où U représente l’énergie gravitationnelle potentielle, m représente la masse, g représente l’attraction gravitationnelle de la Terre (9,8 mètres par seconde) et h représente la hauteur d’un objet :

{eq}U_{gravité} = mgh {/eq}

Si une balle pesant un kilogramme est placée au sommet d’une rampe de cinq mètres de long, l’énergie potentielle peut être trouvée comme indiqué ci-dessous :

{eq}U_{gravité} = (1 kg)(9,8 m/s^2)(5 m) {/eq}

{eq}U_{gravité} = 49 J {/eq}

Puisque la balle dans l’exemple ci-dessus est stationnaire en haut de la rampe, toute son énergie est de l’énergie potentielle et aucune n’est cinétique. L’énergie potentielle de la balle est égale à 49 joules d’énergie. Par conséquent, l’énergie mécanique totale de la balle peut être représentée à l’aide de la formule d’énergie mécanique indiquée ci-dessus :

{eq}E_{mécanique} = U + K {/eq}

{eq}E_{mécanique} = 49 J + 0 J {/eq}

{eq}E_{mécanique} = 49 J {/eq}

En raison de la loi de conservation de l’énergie, l’énergie mécanique est conservée dans tout ce système, donc l’énergie totale sera toujours égale à 49 joules. Ainsi, si la balle se trouve tout en bas de la rampe et à 0 mètre du sol, toute son énergie potentielle se transforme en énergie cinétique. Sachant cela, la vitesse de la balle lorsqu’elle atteint le bas de la rampe peut être calculée à l’aide de la formule d’énergie cinétique présentée ci-dessus :

{eq}K = \frac{1}{2}mv^2 {/eq}

{eq}49 J = \frac{1}{2} (1kg)v^2 {/eq}

{éq}98 = v^2 {/éq}

{éq}v=9,9 m/s^2 {/éq}

Grâce à ces formules, il est également possible de calculer l’énergie potentielle et cinétique de la balle lorsqu’elle se trouve à mi-chemin de la rampe. L’énergie mécanique totale de ce système est connue pour être de 49 joules. Si la balle se trouve à mi-chemin de la rampe, à 2,5 mètres du sol, l’énergie potentielle de la balle à ce stade peut être calculée comme indiqué ci-dessous :

{eq}U_{gravité} = mgh {/eq}

{eq}U_{gravité} = (1 kg)(9,8 m/s^2)(2,5 m) {/eq}

{eq}U_{gravité} = 24,5 J {/eq}

Ainsi, l’énergie potentielle de la balle à mi-chemin de la rampe est de 24,5 J. Maintenant que l’énergie potentielle de la balle à mi-chemin est connue, l’énergie cinétique peut également être calculée comme indiqué ci-dessous :

{eq}E_{mécanique} = U + K {/eq}

{éq}49 J = 24,5 J + K {/éq}

{éq}K = 24,5 J {/éq}

Comme la balle se trouve à mi-chemin de la rampe dans cet exemple, la moitié de son énergie potentielle a été transformée en énergie cinétique. Par conséquent, la moitié de son énergie mécanique totale est de l’énergie cinétique et l’autre moitié est de l’énergie potentielle (24,5 joules).


L’énergie est la capacité d’effectuer un travail ou de provoquer un mouvement ou un changement. L’énergie mécanique est la somme totale de l’énergie au sein d’un système macroscopique (un groupe d’objets ou de forces visibles). L’énergie mécanique totale comprend à la fois potentielle et cinétique. L’énergie potentielle mécanique est de l’énergie stockée, relative à une force opposée, qu’elle soit élastique ou gravitationnelle. L’énergie cinétique est l’énergie de mouvement que possèdent les objets en mouvement. L’énergie mécanique cinétique dépend de la vitesse et de la masse de l’objet en mouvement.

La loi de conservation de l’énergie stipule que l’énergie peut être transformée, mais jamais créée ou détruite. L’énergie potentielle d’un objet peut être transformée en une quantité égale d’énergie cinétique. Cependant, cela n’est vrai que dans le vide, où il n’y a ni friction ni résistance de l’air. Sur Terre, l’énergie cinétique se perd par friction. Les formules pour l’énergie cinétique et potentielle peuvent être combinées dans la formule pour l’énergie mécanique, et la somme totale de l’énergie dans un système macroscopique peut être calculée et déterminée.



Transcription vidéo

Qu’est-ce que l’énergie mécanique?

L’énergie mécanique est l’énergie que possède un objet en raison de son mouvement ou de sa position. Eh bien, cela semble assez simple, mais qu’est-ce que l’énergie? L’énergie est la capacité d’effectuer un travail, le travail étant le mouvement d’un objet lorsqu’une force lui est appliquée. Par exemple, une personne qui fait des pompes effectue un travail en appliquant une force sur le sol. Comme le sol ne bouge généralement pas, la personne s’éloignera du sol. Cette même personne pourrait appliquer une force sur un livre et le déplacer au-dessus de sa tête. Dans chaque cas, le travail est effectué lorsque la force appliquée provoque le déplacement d’un objet.

Décrivons l’énergie mécanique plus en détail. Comme je l’ai déjà dit, l’énergie mécanique est l’énergie que possède un objet en raison de son mouvement ou de sa position. En d’autres termes, un objet possède de l’énergie mécanique lorsqu’il a la capacité d’effectuer un travail en raison de sa position ou de son mouvement. L’énergie mécanique peut prendre la forme soit d’ énergie cinétique, qui est l’énergie due au mouvement d’un objet, soit d’énergie potentielle, qui est de l’énergie stockée en raison de la position d’un objet.

Application de l’énergie mécanique

Regardons maintenant quelques exemples d’énergie mécanique. Une machine de démolition est un excellent exemple d’ énergie mécanique potentielle et cinétique. Le boulet de démolition possède une énergie mécanique potentielle lorsqu’il est élevé à une position verticale au-dessus du sol. Le ballon a la capacité d’effectuer un travail grâce à sa position verticale. N’oubliez pas que le travail est effectué lorsqu’une force déplace un objet. Dans le cas du boulet de démolition, la gravité fournit la force nécessaire pour déplacer le ballon une fois relâché. Une fois libéré, le boulet de démolition contient de l’énergie mécanique cinétique, car il a la capacité d’effectuer un travail grâce à son mouvement. Si la boule de démolition touche un bâtiment, le bâtiment se déplacera. Il va tomber.

Faisons une expérience avec l’énergie mécanique. Si vous regardez cette vidéo sur un appareil mobile comme votre ordinateur portable, soulevez-la à environ six pouces de sa position actuelle. Toutes nos félicitations! Vous venez de démontrer l’énergie mécanique. Alors, ne laissez personne vous dire que vous n’avez accompli aucun travail aujourd’hui. La force générée par vos muscles a déplacé l’appareil, et c’est du travail. Ne vous surmenez pas. Vous pouvez maintenant reposer l’appareil.

Parfois, l’énergie mécanique déplace l’objet qui possède l’énergie. Par exemple, c’est la personne, et non la Terre, qui bouge lorsqu’elle fait des pompes. Je n’ai encore vu personne déplacer la Terre en effectuant des pompes. Dans ce cas, c’est la personne qui bouge plutôt que la Terre car la Terre est stationnaire. De même, la personne bouge lorsqu’elle fait une traction. Ici, la barre est stationnaire, donc la force appliquée due à la contraction musculaire déplace la personne et non la barre – c’est-à-dire en supposant que la personne peut générer suffisamment de force pour effectuer une traction.

Résumé de la leçon

En résumé, l’énergie mécanique est l’énergie possédée par un objet en raison de son mouvement ou de sa position. L’énergie est la capacité d’effectuer un travail, et le travail est accompli lorsqu’une force déplace un objet. L’énergie mécanique se présente sous deux formes : l’énergie cinétique, dans laquelle un objet a la capacité d’effectuer un travail lorsqu’il se déplace, et l’énergie potentielle, dans laquelle un objet a la capacité d’effectuer un travail en raison de sa position. Dans les deux cas, l’énergie mécanique est la capacité d’effectuer un travail.

Résultats d’apprentissage

Après cette leçon, vous serez en mesure de faire les choses suivantes :

  • Définir l’énergie mécanique, l’énergie et le travail et expliquer la relation entre les trois
  • Faites la différence entre l’énergie potentielle et l’énergie cinétique et donnez des exemples de chacune.


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