Exemple de calcul [ modifier | modifier le code]
Une personne de masse 80 kg monte debout sur une chaise de 50 centimètres de haut. Quel est le travail effectué par le poids de cette personne?, soit
où 9, 81 représente la constante g caractéristique de la Terre (en newtons par kilogramme), 80 la masse en kilogrammes et 0, 5 la hauteur en mètres. Le poids est une force résistante dans ce cas (il « s'oppose » au déplacement de la personne). Travail des forces de pression [ modifier | modifier le code]
La force exercée par le milieu extérieur sur la surface du piston. UVED - Cours. Le travail induit par les forces de pression correspond à la forme de travail la plus courante rencontrée en thermodynamique classique, discipline qui s'est développée avec l'avènement de l'ère industrielle basée essentiellement sur la machine à vapeur. Le travail mécanique mis en jeu dans un moteur thermique par l'intermédiaire d'un ensemble cylindre-piston, correspond au travail du piston contre la pression extérieure,. Soit, la force exercée par le milieu extérieur sur le piston de surface.
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En particulier, elles ne modifient pas la norme de la vitesse; elles peuvent cependant en modifier la direction. Travail des forces conservatives [ modifier | modifier le code]
Les forces conservatives sont, par définition, des forces dont le travail ne dépend pas du chemin suivi mais uniquement des positions de départ et d'arrivée. Dans le cas de telles forces, il existe alors une énergie potentielle associée, dont la variation est l'opposée du travail. Le poids est un exemple de force conservative, dont le travail est l'opposé de la variation de l'énergie potentielle de pesanteur. Thermodynamique n°1 - Travail des forces de pression et transferts thermiques. Les contre-exemples les plus courants sont les frottements, dont le travail dépend toujours du chemin suivi. Considérons un corps de masse m se déplaçant de A vers B et un repère, l'axe étant supposé vertical et dirigé dans le sens opposé de la gravité:. Dans ce cas, le travail du poids vaut:. Si on considère que le poids est constant le long du trajet entre A et B alors on a:. Si l'on note les coordonnées du point A et celles de B, alors les coordonnées des vecteurs et sont les suivantes:
et, par définition du produit scalaire, le travail du poids se simplifie de la façon suivante:
Le travail du poids d'un corps est donc indépendant du chemin suivi lors de son déplacement, il ne dépend que de la variation d'altitude du centre de gravité de ce corps.
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Cas concrets [ modifier | modifier le code]
Quelques cas particuliers du travail d'une force. Mouvement circulaire uniforme. La force centripète qui crée l'accélération du même nom est perpendiculaire au mouvement: son travail est nul. Travail d'une force — Wikipédia. Considérons une force constante s'appliquant sur un objet se déplaçant sur une trajectoire rectiligne (Il n'y a pas d'autres forces s'exerçant sur l'objet). Un certain nombre de cas particuliers permettent d'illustrer la notion de travail d'une force:
si la force est parallèle au déplacement et orientée dans le même sens, le travail fourni par la force est positif: d'après le théorème de l'énergie cinétique, la force a augmenté l'énergie cinétique du système, celui-ci se déplace donc plus rapidement. Une telle force est parfois dénommée force motrice;
si, alors le travail fourni par la force est positif. La force est dite motrice. On peut dire plus simplement que si la force est motrice, elle favorise le déplacement (la vitesse augmente);
si la force est parallèle au déplacement mais orientée dans le sens opposé, le travail, fourni par la force est négatif: d'après le théorème de l'énergie cinétique, la force a diminué l'énergie cinétique du système, celui-ci se déplace donc plus lentement.
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Or la variation de volume au cours de la transformation est égale à:
car est une fonction d'état du système. Il s'ensuit:. Voir aussi [ modifier | modifier le code]
Fonction d'état, variable d'état, équation d'état
Travail d'une force constante lors d'un déplacement rectiligne Si un système est soumis à une force constante lors d'un trajet rectiligne d'un point A à un point B, alors les forces sont conservatives, et le travail de cette force correspond à la formule vue plus haut: Pour quantifier le travail de la force, il faut alors connaitre les normes (distances) des vecteurs. Travail des forces de pression d. Si l'angle entre les deux vecteurs est noté α, alors l'expression du travail devient: Schéma de la force F s'exerçant sur un point mobile avec un mouvement rectiligne uniforme allant de A à B. Cas particuliers de travaux de forces constantes lors d'un déplacement rectiligne Voici quelques cas particulier d'angles, très souvent rencontrés: Si α = 90° alors cos (90) = 0 donc le travail est nul (Toute force perpendiculaire à la trajectoire à un travail nul car un produit scalaire est nul lorsque deux vecteurs sont à 90°). Si α < 90° alors cos (90) > 0 et la valeur du travail est positive: il s'agit d'un travail moteur. Si α > 90° alors cos (90) < 0 et la valeur du travail est négative: il s'agit d'un travail résistant.
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