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Energie cinétique : tout savoir
On connaît l’énergie solaire, qui permet notamment d’obtenir de la chaleur avec des panneaux solaires thermiques ou photovoltaïques. Alors quand on parle d’une éolienne, quelle est donc l'énergie qui permet la rotation de ses pales ? L’énergie « ventique » ? Elle n’existe pas ! C’est l’énergie cinétique du vent qui est alors utilisée pour produire de l'électricité.
En quoi consiste l’énergie cinétique ? C’est ce que nous allons découvrir ensemble !
Alors, enfilons nos plus belles baskets pour découvrir cette énergie omniprésente autour de nous. 🤸
7 octobre 2024 à 16:00
Lecture 5 mn
En résumé
Pour faire simple, l’énergie cinétique (du grec kínêsis ou mouvement en français) est, en physique, un concept qui illustre l’énergie d’un corps en mouvement.
On calcule l’énergie cinétique d’un corps en mouvement de translation (en ligne droite par exemple) avec cette formule :
Ec = ½.m.v²
L'énergie cinétique est la source de nombreuses énergies renouvelables :
- L’énergie thermique
- L’énergie éolienne
- L’énergie hydraulique
L’énergie cinétique, c’est quoi ?
Pour faire simple, l’énergie cinétique (du grec kínêsis ou mouvement en français) est, en physique, un concept qui illustre l’énergie d’un corps en mouvement. On le mesure en Joule (J).
Quand un objet est en mouvement, cette action produit une force que l’on nomme l'énergie cinétique. Cette énergie est propre à l’objet, sans provenir de lui en soi. Elle résulte du mouvement de l’objet.
Vitesse et masse, les données de l’énergie cinétique
🏎️ La quantité d'énergie cinétique dépend de la vitesse de l’objet. L’énergie cinétique est proportionnelle au carré de la vitesse. Une vitesse multipliée par 2 multiplie donc par 4 l’énergie cinétique de l’objet (puisque 2² = 4).
✈️ L’énergie cinétique dépend aussi de la masse d’un corps. Un avion possède une force cinétique bien plus grande qu’une voiture à la même vitesse à cause de sa masse. L’expression de l’énergie cinétique est proportionnelle à la masse du corps. À même vitesse, un objet trois fois plus lourd aura une énergie cinétique trois fois plus élevée.
🕺 L’énergie cinétique est partout. Tout mouvement de rotation, translation (en ligne droite ou en ligne courbe d’un point à un autre), d'oscillation ou de vibration comporte de l’énergie cinétique.
Le théorème de l'énergie cinétique
corps d’immobile à en mouvement. Logiquement, l’énergie cinétique diminue en proportion du travail des forces “extérieures” sur ce corps.
L’énergie cinétique d’un corps en mouvement de translation (en ligne droite par exemple) s’écrit ainsi :
Ec = ½.m.v²
- Ec est la valeur de l'énergie cinétique (en joule) ;
- m est la masse du corps (en kilogramme) ;
- v est la vitesse du corps (en mètre/seconde)
Le référentiel
Pour qu’il y ait mouvement, il faut que l’objet ou le corps bouge par rapport à quelque chose. C’est ce que l’on appelle un référentiel. La valeur de l'énergie cinétique dépend donc de ce référentiel.
🏇 L’énergie cinétique d'un cheval en course peut être mesurée en prenant un point de référence, comme la ligne de départ par exemple.
La plupart du temps, le référentiel terrestre est le plus utilisé, le mouvement par rapport à un point au sol, tout simplement.
➡️ Si un objet passe d’un point A à un point B, on considère qu’il a bougé.
Comment calcule-t-on l'énergie cinétique ?
Loin de vouloir remémorer les merveilleux souvenirs des cours de mathématiques dans une salle de classe froide et morne, illustrons le théorème avec des exemples vrombissants.
🥌 Une joueuse de curling (ce sport télégénique des JO d’hiver) lance son bloc de 4 kg à 5 m/s.
L’énergie cinétique du bloc sera de Ec = ½ x 4 x 52
Calculons cela :
- 52 = 25
- 4 x 25 = 100
- 100 / 2 = 50
L’énergie cinétique du bloc sera de 50 joules.
🏎️ Un bolide de 1,2 tonne fonce à une vitesse de 250 km/h.
Convertissons d’abord les unités pour obtenir celle du théorème de l’énergie cinétique :
1,2 tonne = 1 200 kg
250 km/h = 69,44 m/s (arrondissons à 70)
Alors :
Ec = ½ x 1 200 x 702
Calculons cela :
- 702 = 4 900
- 1 200 x 4 900 = 5 880 000
- 5 880 000 / 2 = 2 940 000
L’énergie cinétique du bloc sera de 2 940 000 joules (ou 2,94 MJ).
On peut aussi calculer la quantité d’énergie cinétique nécessaire pour accélérer à une certaine vitesse.
🦸 Wonder-Woman est en train de poursuivre une fusée (rien que ça) !
Alors qu’elle vole à 360 km/h, il lui faut atteindre les 540 km/h pour rattraper la fusée en perdition.
🤫 Même si cela ne se dit pas, on sait que Wonder-Woman fait 65 kg.
Pour calculer la quantité nécessaire d’énergie cinétique dont elle a besoin, il faut :
- Convertir les unités de mesure pour convenir au théorème :
360 km/h = 100 m/s
540 km/h = 150 m/s
65 kg = 65 kg
Pour déterminer la quantité d'énergie cinétique nécessaire, il faut déterminer l’énergie cinétique au départ et à l’arrivée.
Au départ :
Wonder-Woman est déjà en vol, à 360 km/h.
Son énergie cinétique est alors de :
Ec = ½ x 65 x 1002
Calculons cela :
- 1002 = 10 000
- 65 x 10 000 = 650 000
- 650 000 / 2 = 325 000
L'énergie cinétique (Ec) de Wonder-Woman au départ est égale à 325 000 joules (ou 325 kJ).
À l’arrivée :
Wonder-Woman atteint la vitesse de 540 km/h.
Son énergie cinétique est alors de :
Ec = ½ x 65 x 1502
Calculons cela :
- 1502 = 22 500
- 65 x 22 500 = 1 462 500
- 1 462 500 / 2 = 731 250
L'énergie cinétique (Ec) de Wonder-Woman à l’arrivée est égale à 731 250 joules (ou 731,25 kJ).
🦹 Maintenant, afin de savoir si le méchant sera attrapé, il suffit de soustraire l’énergie cinétique à l’arrivée de l'énergie cinétique au départ pour obtenir la puissance nécessaire à l’accélération :
731 250 - 325 000 = 406 250
Wonder-Woman aura donc besoin de 406 250 joules (ou 406,25 kJ) pour passer de 100 m/s à 150 m/s.
L’énergie cinétique, la mère de nombreuses énergies renouvelables
L’énergie cinétique est à la base de nombreuses énergies renouvelables.
L’énergie thermique
Si le mouvement entraîne des frottements (les frottements de l’air par exemple), une partie de l'énergie cinétique est convertie en énergie thermique. De même, plus les molécules et atomes sont en mouvement au sein d’un corps, plus celui-ci est chaud.
L’énergie éolienne
L’air aussi se déplace et possède donc une énergie cinétique. C’est cette énergie qui est utilisée pour exercer une force sur les pales de l'éolienne, qui tournent sous l'application de cet élan. La rotation des pales offre une énergie mécanique qui peut alors être convertie en énergie électrique.
C’est ce qu’on appelle l’énergie éolienne.
👋 L'énergie mécanique est intimement liée à l'énergie cinétique.
En effet, l’énergie mécanique d'un système est égale à la somme de son énergie cinétique et de son énergie potentielle.
L’énergie hydraulique
L’énergie cinétique de l’eau est exploitée. L’énergie hydraulique provient de cette énergie cinétique. Dans le cas d’un barrage par exemple, c’est la force de l’eau en mouvement (son énergie cinétique) qui fait tourner les turbines et celles-ci génèrent de l'électricité.
🐟 Le principe des hydroliennes est le même. Grâce à l'énergie cinétique de l’eau, les pales tournent et produisent de l’énergie mécanique qui sera convertie en énergie électrique.
Une énergie qui utilise l’énergie cinétique ou solaire pour alimenter notre foyer !
On retrouve de l’énergie cinétique partout autour de nous, en permanence. L'utiliser pour fournir de l'électricité est donc un choix qui semble logique ! Car, en plus de produire de l'électricité, c’est une énergie renouvelable qui permet de remplacer les énergies fossiles ! Avoir un foyer alimenté par le solaire, l’éolien ou l’hydrolien, c’est possible avec l'offre électricité verte Ekwateur ! Grâce au système de garantie d'origines, on va faire en sorte que chaque kilowatt/heure d’électricité que vous consommez sur une année soit injecté dans le réseau sous forme d’électricité verte.
L'énergie cinétique est donc essentielle à la vie. Sans elle, le monde serait figé dans un immobilisme permanent. Quand on sait en plus qu’elle est dans les mouvements des marées, les courants marins, le vent ou encore la rotation de la terre et qu’elle nourrit une grande partie de l’énergie verte produite dans le monde, on ne peut que vouloir en apprendre plus sur elle. C’est désormais chose faite !
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