Matières
Niveaux
Le travail, la force efficace et le déplacement
Fiche | Sciences et technologies
Secondaire
4
-
Le travail est un transfert d’énergie lié au déplacement d’un objet.
-
La force efficace est la composante d'une force responsable du déplacement d'un objet.
-
Le déplacement est la distance qui sépare le point de départ du point d’arrivée d'un objet.
La relation entre le travail, la force efficace et le déplacement
Le travail effectué sur un objet varie en fonction du déplacement de cet objet et de la force efficace appliquée sur celui-ci :
-
plus le déplacement est grand, plus le travail effectué sur cet objet est grand;
-
plus la force efficace est grande, plus le travail effectué sur l’objet est grand.
Par convention, l’unité de mesure du travail est le joule (|\text{J}|) : 1 joule est la quantité d’énergie nécessaire pour déplacer un objet sur une distance de 1 mètre (|\text{m}|) à l’aide d’une force efficace de 1 newton (|\text{N}|).
La relation mathématique suivante permet de calculer le travail exercé sur un objet.
|W = F_{eff} \cdot \Delta s|
où
|W| représente le travail (|\text{J}|)
|F_{eff}| représente la force efficace (|\text{N}|)
|\Delta s| représente le déplacement de l'objet (|\text{m}|)
La force efficace est la composante de la force appliquée qui est parallèle au déplacement d’un objet. La force efficace a la même orientation que le déplacement.
Elle peut aussi être identifiée comme « la force parallèle au déplacement ».
Une grue soulève une poutre sur une distance de |20\ \text {m}| en hauteur. Pour ce faire, la grue applique une tension constante de |1\ 000\ \text {N}| vers le haut.
Quel est le travail effectué par la grue pour déplacer la poutre?
Voir la solution
Une personne applique horizontalement une force de |100\ \text{N}| sur un charriot chargé de disques de fonte. Malgré tout, le charriot reste immobile.
Quelle est la quantité de travail effectuée par la personne sur le charriot?
Voir la solution
Le calcul du travail est obtenu par produit scalaire, soit la multiplication de deux vecteurs. Il s’agit alors d'un vecteur de force et d'un vecteur de déplacement.
De plus, lorsque la force appliquée sur un objet n’est pas parallèle au déplacement, il faut déterminer la force efficace par un rapport trigonométrique dans un triangle rectangle avant de calculer le travail.
Une personne tire une boite sur une distance de |5\ \text{m}| en appliquant une force de |40\ \text {N}| selon un angle de |30^\circ| par rapport à l’horizontale.
Quel est le travail effectué par la personne sur la boite?
Voir la solution
La relation entre le travail et l'énergie
Lorsqu'on effectue un travail, on utilise de l'énergie. Selon la loi de la conservation de l'énergie, l'énergie n'est ni perdue ni créée : elle est transférée ou transformée. Ainsi, le travail reçu par un corps est équivalent à sa variation d’énergie.
La relation mathématique entre le travail et la variation d'énergie est la suivante :
|W=\Delta E|
où
|W| représente le travail |\text {(J)}|
|\Delta E| représente la variation d'énergie (cinétique ou potentielle) |\text {(J)}|
Une personne applique une force suffisante pour mettre en mouvement un panier d’épicerie à une vitesse de |1{,}5\ \text {m/s}|.
Le panier et son contenu ont une masse totale de |15\ \text{kg}|.
Quel est le travail effectué par la personne pour amener le panier à une vitesse de |1{,}5\ \text{m/s}|?
