Comment fonctionne le travail mécanique? - Peter Bohacek
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0:14 - 0:15En physique,
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0:15 - 0:18les notions de travail et de puissance mécanique
nous aident à comprendre -
0:18 - 0:21et expliquer beaucoup de choses dans notre univers.
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0:21 - 0:23Commençons par le travail.
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0:23 - 0:26Le travail positif est l'énergie
que nous mettons dans un système, -
0:26 - 0:30et le travail négatif est l'énergie
qui est transférée à l'extérieur. -
0:30 - 0:34Pensez au travail positif comme de l'argent
qu'on ajoute à votre compte en banque, -
0:34 - 0:37et au travail du négatif comme de l'argent qu'on en retire.
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0:37 - 0:38Dans le système métrique,
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0:38 - 0:41travail mécanique et énergie sont mesurés en Joules.
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0:41 - 0:46À titre d'exemple, prenons une belle vieille horloge
mécanique de grand-père. -
0:46 - 0:48Nous transférons l'énergie dans l'horloge
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0:48 - 0:49quand on tourne la manivelle
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0:49 - 0:52pour élever les lourds cylindres de métal
à l'intérieur de l'horloge. -
0:52 - 0:55Quand nous faisons cela,
nous faisons un travail mécanique positif, -
0:55 - 0:57en ajoutant de l'énergie à l'horloge,
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0:57 - 1:01et cette énergie est emmagasinée sous forme
d'énergie potentielle gravitationnelle. -
1:01 - 1:05Nous pouvons calculer la quantité de travail accompli
en multipliant la force que nous appliquons -
1:05 - 1:08par la distance sur laquelle nous appliquons la force.
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1:08 - 1:10Pour élever les cylindres métalliques,
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1:10 - 1:13nous avons besoin d'appliquer
une force égale à leur poids. -
1:13 - 1:15Autrement dit, égale à la force de gravité
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1:15 - 1:18tirant les cylindres vers le bas.
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1:18 - 1:20Ces cylindres pèsent 300 Newtons,
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1:20 - 1:21ce qui est assez lourd,
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1:21 - 1:23à peu près autant qu'un petit enfant,
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1:23 - 1:25et si nous les levons de 1/2 mètre,
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1:25 - 1:27alors nous faisons 300 Newtons
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1:27 - 1:29multiplié par 1/2 mètre
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1:29 - 1:32ou 150 Joules de travail.
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1:32 - 1:35La puissance est la vitesse à laquelle
l'énergie est transférée. -
1:35 - 1:36Quand nous disons vitesse,
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1:36 - 1:38nous voulons dire la quantité d'énergie transférée
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1:38 - 1:40par unité de temps.
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1:40 - 1:42Dans le système métrique,
la puissance est mesurée en -
1:42 - 1:44Joules par seconde,
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1:44 - 1:46ou Watts.
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1:46 - 1:48Le terme Watt remonte à James Watt,
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1:48 - 1:51qui a inventé la notion de chevaux
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1:51 - 1:52pour mesurer la quantité d'énergie
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1:52 - 1:55produite par un cheval de trait typique.
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1:55 - 1:58James Watt était un producteur
de machines à vapeur industrielles, -
1:58 - 2:00et il voulait que ses clients potentiels
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2:00 - 2:01pussent faire des comparaisons
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2:01 - 2:04entre ses machines à vapeur et une quantité familière,
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2:04 - 2:07la puissance qu'ils pouvaient obtenir
d'un cheval de trait. -
2:07 - 2:09C'était une idée tellement utile
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2:09 - 2:11que l'unité du système métrique
pour la puissance mécanique, le Watt, -
2:11 - 2:14porte le nom de James Watt.
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2:14 - 2:16Suivant les traces de James Watt,
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2:16 - 2:18comparons la quantité de puissance qu'il faut
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2:18 - 2:19pour faire fonctionner cette horloge de grand-père
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2:19 - 2:21à la puissance qu'il nous faudrait
pour faire fonctionner -
2:21 - 2:24une ampoule de 100 watts.
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2:24 - 2:26Nous pouvons mesurer la puissance
qu'une personne utilise -
2:26 - 2:27pour remonter l'horloge
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2:27 - 2:29en divisant la quantité de travail qu'il a fait
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2:29 - 2:31par le temps qu'il lui a fallu pour le faire.
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2:31 - 2:34Si ça prend 1 minute, ou 60 secondes,
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2:34 - 2:35pour soulever les poids,
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2:35 - 2:38puis il fait 150 Joules
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2:38 - 2:39divisé par 60 secondes,
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2:39 - 2:43ou 2,5 Joules par seconde de travail mécanique.
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2:43 - 2:45Il ajoute l'énergie à l'horloge
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2:45 - 2:48au taux de 2,5 Watts.
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2:48 - 2:50Vous auriez besoin d'environ 40 fois plus
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2:50 - 2:53pour faire fonctionner une ampoule de 100 watts.
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2:53 - 2:55Avant de laisser l'horloge fonctionner,
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2:55 - 2:56l'énergie est emmagasinée
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2:56 - 2:59comme énergie potentielle
gravitationnelle des cylindres. -
2:59 - 3:00C'est comme votre compte bancaire
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3:00 - 3:03quand vous venez de déposer de l'argent.
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3:03 - 3:04Mais si nous laissons l'horloge fonctionner,
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3:04 - 3:07les cylindres se déplacent lentement vers le bas.
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3:07 - 3:09L'énergie quitte l'horloge.
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3:09 - 3:11En fait, quand les cylindres arrivent au fond,
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3:11 - 3:14toute l'énergie potentielle que
nous avons apporté sera partie. -
3:14 - 3:16Quelle quantité d'énergie l'horloge utilise-t-elle ?
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3:16 - 3:21Autrement dit, combien de Joules
d'énergie par seconde quittent l'horloge -
3:21 - 3:26si il faut 5 jours pour que les cylindres
reviennent à leur position d'origine ? -
3:26 - 3:27Nous pouvons trouver ça
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3:27 - 3:29parce que nous savons déjà
la quantité de travail que nous avons faite -
3:29 - 3:31quand nous avons soulevé les cylindres :
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3:31 - 3:32150 Joules.
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3:32 - 3:36Mais cette fois, il a fallu 5 jours plutôt qu'une minute.
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3:36 - 3:39Cinq jours c'est 5 fois 24
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3:39 - 3:40fois 60
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3:40 - 3:42fois 60 à nouveau
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3:42 - 3:45soit 432 000 secondes.
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3:45 - 3:47Nous divisons donc le travail accompli par le temps
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3:47 - 3:53et trouvons la réponse
d'environ 0,00035 Joules par seconde, -
3:53 - 3:57ou environ 0,35 milliwatts.
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3:57 - 3:59C'est une toute petite quantité de puissance.
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3:59 - 4:01Cette horloge utilise tellement peu de puissance
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4:01 - 4:04que vous pouvez faire fonctionner
presque 300 000 horloges -
4:04 - 4:08à l'aide de la même puissance qu'il faut
pour faire fonctionner une ampoule de 100 watts. -
4:08 - 4:10C'est vrai, vous pouvez faire fonctionner
une horloge dans chaque maison -
4:10 - 4:13dans une ville de taille moyenne
avec cette puissance. -
4:13 - 4:15C'est une conclusion assez étonnante
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4:15 - 4:16et il a fallu connaître le travail
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4:16 - 4:19et la puissance pour y parvenir.
- Title:
- Comment fonctionne le travail mécanique? - Peter Bohacek
- Speaker:
- Peter Bohacek
- Description:
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Voir la leçon complète : http://ed.ted.com/lessons/how-does-work-work-peter-bohacek
Les concepts de travail et de puissance mécanique nous aident à élucider et à comprendre la plupart des lois physiques qui régissent notre univers. Dans cette leçon, Peter Bohacek explore l'interaction de chaque concept lorsqu'on les applique à deux objets ordinaires --- une ampoule et une horloge de grand-père.
Leçon de Peter Bohacek, animation de Luke Cahill.
- Video Language:
- English
- Team:
- closed TED
- Project:
- TED-Ed
- Duration:
- 04:31
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