Les formes de l'énergie

Comment aborder la notion de l’énergie, par le biais l'expérimentation et le questionnement, avec du matériel de la vie quotidienne, autrement que par le biais de l'électricité ?

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Déroulé

En physique, les formes d'énergie classiquement considérées sont https://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89nergie_(physique))

énergie cinétique : l'énergie associée au mouvement d'un corps ou d'une particule ; cela comprend également l'énergie électromagnétique transportée par les photons (lumière, ondes radio, rayons X et γ…) ou par des particules chargées (énergie électrique) ;
énergie thermique : l'énergie cinétique qui correspond aux mouvements des particules dans le système ;
énergies potentielles, composées d'autres types d'énergie : moyennant un petit changement, possible sans travail, un système instable se transforme en un système plus stable, avec conversion de la différence d'énergie entre les deux systèmes (le plus stable ayant une énergie moindre),
- énergie potentielle élastique ;
- énergie potentielle chimique,
- énergie potentielle gravitationnelle,
- énergie potentielle électromagnétique (énergie potentielle électrostatique ou magnétostatique): position instable d'une ou plusieurs particule(s) chargée(s) dans un champ électromagnétique, par exemple l'énergie stockée dans un condensateur ou dans une bobine électrique,
- chaleur latente,
- énergie libre.

L'idée de ce parcours pédagogique est de repenser les expériences classiques de petits débrouillards afin d'illustrer ces différentes formes d'énergies et leurs passages de l'une à l'autre.

L’énergie cinétique et énergie électromagnétique

L’énergie cinétique représente l’énergie d’un corps (objet) ou d’une particule en mouvement. Pour ces dernières, on parle alors d’énergie Électromagnétique.

Une des illustrations qui peut être faites de l’énergie cinétique est celle d’une boule de billard qui heurte une seconde qui est immobile. Une parie de l’énergie cinétique de la première est transmise à la seconde qui se met en mouvement !

L’énergie électromagnétique est le résultat du mouvement des particules. L’illustration la plus simple est celle de la chaleur du soleil qui réchauffe notre peau. Cela correspond à l’énergie électromagnétique qui est portée par le mouvement des photons (grain de lumière) qui viennent du soleil. Cette énergie est absorbée par notre peau et transformée en chaleur soit en énergie thermique.

Voici les différentes expériences des petits débrouillards permettant d'éclairer l'énergie cinétique :

Des cratères d'énergie, qui permet de mettre en évidence que le mouvement est bien lié à une forme d’énergie, ici notamment lié à la masse des objet ou la à la hauteur de chute ;
Catapulte à Elastique pour laquelle le mécanisme vise à accumuler de l’énergie, énergie qui va servir à donner du mouvement au projectif. Il s'agit donc d'un dispositif à produire de l'énergie cinétique ;
Création d'une voiture à propulsion élastique. Comme pour la catapulte, le mécanisme présent dans la voiture va servir à donner du mouvement au véhicule et donc à produire de l'énergie cinétique.

Pour aller plus loin :

Dans l'expérience Des cratères d'énergie, de l'énergie potentielle gravitationnelle est transformée en énergie cinétique lorsque l'objet est lâché. Lorsque l'objet heurte la farine, cette énergie est transmise en partie à la farine, qui va se mettre en mouvement et en d'autre forme d’énergie (chaleur, notamment lors de l'impact, et donc en partie en énergie thermique et en son, donc dans une autre forme d’énergie cinétique [à confirmer].
Dans les expériences Catapulte à Elastique et Création d'une voiture à propulsion élastique, il s'agit d’énergie potentiel élastique qui est transformée en énergie cinétique.

Illustration vidéo : https://www.youtube.com/watch?v=sOjrSN2EwV8