Conservation de l'énergie mécanique – énergies cinétique et potentielle sur une piste

Ce qu’elle montre

Une bille qui se déplace sur une piste échange énergie potentielle de pesanteur Ep = mgh et énergie cinétique Ec = ½mv². Sans frottement, seul le poids travaille : l'énergie mécanique E = Ep + Ec reste constante, la bille remonte à sa hauteur de départ de l'autre côté et sa vitesse au point le plus bas vaut v = √(2gh), quelle que soit sa masse. Avec un coefficient de frottement μ non nul, une partie de l'énergie mécanique devient énergie thermique Q à chaque passage : la bille remonte de moins en moins haut puis s'arrête. Le modèle prend g = 10 m/s².

Mode d’emploi

Faites glisser la bille à une hauteur de départ et cliquez sur Lâcher la bille. Mettez en pause près du haut et du bas de la piste et comparez les barres Ep et Ec aux valeurs de l'équation. Avec μ = 0, vérifiez que E reste égale à E₀ ; augmentez ensuite μ et observez la chaleur Q croître tandis que la courbe énergie-temps montre E diminuer. Changez la masse ou la forme de la piste et comparez la vitesse au point le plus bas.

Paramètres modifiables

• Masse de la bille 0,1–5 kg
• Hauteur de lâcher 0,5–5 m
• Coefficient de frottement μ 0–0,5
• Forme de la piste Piste en cuvette (creux au milieu), Rampe suivie d'un tronçon plat
• Afficher la courbe énergie-temps

Questions à explorer

1. En quel point de la piste l'énergie cinétique est-elle maximale et l'énergie potentielle minimale ?
2. Lâchée de 2 m sans frottement, à quelle vitesse la bille arrive-t-elle en bas ? Cela dépend-il de sa masse ?
3. En présence de frottement, en quelle forme d'énergie l'énergie mécanique perdue se transforme-t-elle ?