Mécanique newtonienne

Travail et puissance

Étudiez le travail d'une force constante selon le déplacement et l'angle. Vérifiez $W = Fs\cos\theta$ et la puissance $P = W/\Delta t$ à l'aide des affichages de la simulation.

Collège

Matériel

Modèle d'une force tirant un corps sur un plan, avec vecteur force
Curseurs de force F (0–100 N) et de déplacement s (0–10 m)
Curseur d'angle θ entre force et déplacement
Curseur de temps, bouton Réinitialiser et affichages de W et P

Protocole

Mesurer le travail selon F et s
Réglez θ = 0° puis faites varier F et s indépendamment en lisant le travail W : le travail est proportionnel aux deux, donnant $W = Fs$ quand la force est parallèle au déplacement. Appuyez sur Réinitialiser entre les mesures.
Modifier θ et observer cos θ
Fixez F, s et augmentez θ de 0 à 180° : le travail décroît en $\cos\theta$ — nul à 90° (une force perpendiculaire ne travaille pas) et négatif au-delà (force résistante). Comparez chaque lecture à $W = Fs\cos\theta$ .
Calculer la puissance moyenne
Gardez F, s, θ fixes et modifiez le curseur de temps : même W, mais P = W/Δt augmente quand c'est fait plus vite. À partir des affichages, prédisez le temps nécessaire pour que P atteigne une valeur choisie, puis vérifiez.

Simulation

Histoire de l’expérience

La notion de « travail » mécanique fut définie par Gaspard-Gustave Coriolis en 1829 comme force fois déplacement, dans son étude du rendement des machines ; il nomma aussi l'énergie cinétique. La puissance devint pratique avec James Watt, qui vendait ses machines à vapeur en comparaison du « cheval-vapeur » (1782) — 1 hp ≈ 746 W aujourd'hui. James Prescott Joule démontra dans les années 1840 que travail mécanique, chaleur et électricité sont des formes d'une même grandeur conservée — sa célèbre expérience de la roue à palettes mesura l'équivalent mécanique de la chaleur. Les unités joule et watt commémorent ces travaux.

Physiciens associés

Isaac Newton Galileo Galilei James Prescott Joule

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