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7.1 : Prélude au travail et à l'énergie cinétique

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    Dans ce chapitre, nous abordons certains concepts physiques de base impliqués dans chaque mouvement physique de l'univers, allant au-delà des concepts de force et de changement de mouvement, que nous avons abordés dans Motion en deux et trois dimensions et les lois du mouvement de Newton. Ces concepts sont le travail, l'énergie cinétique et la puissance. Nous expliquons comment ces quantités sont liées les unes aux autres, ce qui nous mènera à une relation fondamentale appelée théorème travail-énergie. Dans le chapitre suivant, nous généralisons cette idée au principe plus large de conservation de l'énergie.

    Une photo de 6 coureurs arrivant à la ligne d'arrivée d'une course.
    Figure\(\PageIndex{1}\) : Une sprinteuse exerce sa puissance maximale pour travailler le plus possible sur elle-même pendant le court laps de temps pendant lequel son pied est en contact avec le sol. Cela lui donne de l'énergie cinétique et l'empêche de ralentir pendant la course. Le fait de repousser fort sur la piste génère une force de réaction qui propulse le sprinteur vers l'avant pour gagner à l'arrivée. (crédit : modification de l'œuvre de Marie-Lan Nguyen)

    L'application des lois de Newton nécessite généralement de résoudre des équations différentielles qui relient les forces agissant sur un objet aux accélérations qu'ils produisent. Souvent, une solution analytique est difficile, voire impossible, et nécessite de longues solutions numériques ou des simulations pour obtenir des résultats approximatifs. Dans de telles situations, des relations plus générales, comme le théorème travail-énergie (ou la conservation de l'énergie), peuvent toujours apporter des réponses utiles à de nombreuses questions et nécessitent un calcul mathématique plus modeste. En particulier, vous verrez comment le théorème de l'énergie de travail est utile pour relier les vitesses d'une particule à différents points de sa trajectoire aux forces qui agissent sur elle, même lorsque la trajectoire est par ailleurs trop compliquée à gérer. Ainsi, certains aspects du mouvement peuvent être traités avec moins d'équations et sans décompositions vectorielles.