grandeur

énergie cinétique

L'énergie qu'un objet possède en raison de son mouvement.
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Description

L'énergie cinétique est l'énergie qu'un objet possède en raison de son mouvement. Pour un objet de masse m se déplaçant à la vitesse v, l'énergie cinétique est ½mv². Cette grandeur est centrale en mécanique : c'est l'énergie qu'il faut fournir pour accélérer un objet depuis le repos, et elle est libérée lorsque l'objet décélère. Lors des collisions, l'énergie cinétique n'est conservée que dans les interactions parfaitement élastiques ; dans les situations réelles, une partie est convertie en chaleur, en son ou en déformation. Ce concept fait le pont entre la mécanique classique et la thermodynamique, car l'agitation thermique des molécules constitue ce que nous percevons comme la température.

Histoire

Le concept d'énergie cinétique a été développé aux XVIIe et XVIIIe siècles. Gottfried Leibniz l'appelait « vis viva » (force vive) et proposait qu'elle soit conservée lors des collisions, tandis que le terme moderne « énergie cinétique » et la formule ½mv² ont été introduits par William Thomson (Lord Kelvin) au milieu du XIXe siècle.

Comment ça marche

L'énergie cinétique est définie comme le travail nécessaire pour accélérer un corps du repos jusqu'à sa vitesse actuelle. La formule ½mv² découle de l'intégration du travail d'une force constante sur la distance parcourue. Comme la vitesse est au carré, doubler la vitesse quadruple l'énergie cinétique — c'est pourquoi les accidents de voiture à grande vitesse sont disproportionnellement plus destructeurs. Dans un gaz, l'énergie cinétique moyenne des molécules est directement proportionnelle à la température absolue, reliant le mouvement microscopique à la chaleur macroscopique.

En pratique

L'énergie cinétique est à la base du freinage régénératif dans les véhicules électriques, où le mouvement de la voiture est reconverti en énergie électrique lors de la décélération, et des systèmes de stockage d'énergie à volant d'inertie qui font tourner un lourd rotor pour emmagasiner de l'énergie.

Anecdote

Un avion de ligne en vitesse de croisière possède une énergie cinétique d'environ 2 gigajoules — de quoi alimenter un foyer moyen pendant environ deux mois.

Concept graph →

Formules

$$K > (\gamma - 1) m c^2$$
Particle kinetic energy exceeds rest mass energy threshold.
Ce qu'il y a dans la formule
Kvariablekinetic energy — énergie cinétique joule
γvariableLorentz factor — facteur de Lorentz
mvariablerest mass — masse kilogram
cvariablespeed of light — vitesse de la lumière metre per second
cconstanteThe speed of light in vacuum, a fundamental constant of nature. — vitesse de la lumière = 299792458 metre per second

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