Work, energy and power · Travail, énergie et puissance
| English | Français |
|---|---|
| work done/wɜːk dʌn/ | travail effectué |
| displacement/dɪˈspleɪsmənt/ | déplacement |
| conservation of energy/ˌkɒnsəˈveɪʃn ɒv ˈenədʒi/ | conservation de l'énergie |
| efficiency/ɪˈfɪʃənsi/ | efficacité |
| thermal energy/ˈθɜːml ˈenədʒi/ | énergie thermique |
| power/ˈpaʊə/ | puissance |
Holding a bag does no work
- Hold a heavy bag still and your arm aches — but in physics you do zero work.
- Work needs the force to move something along its own direction.
- No movement (or a sideways force) means no work done 功.
Tenir un sac ne fait aucun travail
- Tenez un sac lourd immobile et votre bras fatigue — mais en physique, vous ne faites aucun travail.
- Le travail nécessite que la force déplace quelque chose dans sa propre direction.
- Aucun mouvement (ou une force latérale) signifie qu'aucun travail n'est fourni 功.
Work done by a force
- $W = F s \cos\theta$, where $\theta$ is the angle between force and displacement 位移.
- Only the part of the force along the motion does work. Unit: $\text{J} = \text{N}\cdot\text{m}$.
Travail fourni par une force
- $W = F s \cos\theta$, où $\theta$ est l'angle entre la force et le déplacement 位移.
- Seule la partie de la force dans la direction du mouvement effectue un travail. Unité : $\text{J} = \text{N}\cdot\text{m}$.
Work, energy & power · Travail, énergie & puissance
PE + KE = constant · PE + CE = constant
Work transfers energy · énergie; as it falls, PE becomes KE with the total fixed. · Le travail transfère de l'énergie ; alors qu'il tombe, l'énergie potentielle devient énergie cinétique avec le total fixe.
A force of $10\ \text{N}$ pushes a box $3.0\ \text{m}$ in the direction of the force. How much work is done? · Une force de $10\ \text{N}$ pousse une boîte de $3.0\ \text{m}$ dans la direction de la force. Combien de travail est effectué ?
Force is along the motion ($\theta = 0$), so $W = Fs = 10 \times 3.0 = 30\ \text{J}$. · La force est dans la direction du mouvement ($\theta = 0$), donc $W = Fs = 10 \times 3.0 = 30\ \text{J}$.
Positive, negative, zero
- Force along the motion → positive work (energy given to the object).
- Force opposite the motion → negative work (e.g. friction takes energy away).
- Force at right angles → zero work.
Only the component F cos(theta) along the displacement does work
Positif, négatif, zéro
- Force dans la direction du mouvement → travail positif (énergie donnée à l'objet).
- Force opposée au mouvement → travail négatif (ex. frottement retire de l'énergie).
- Force à angle droit → travail nul.
Seule la composante F cos(theta) le long du déplacement effectue un travail
A force acting at right angles to the motion does how much work? · Une force agissant à angle droit sur le mouvement effectue combien de travail ?
$W = Fs\cos 90^{\circ} = 0$. The normal contact force on a car on a flat road does no work. · $W = Fs\cos 90^{\circ} = 0$. La force de contact normale sur une voiture sur une route plate ne fait aucun travail.
Friction on a sliding object does negative work. · La friction sur un objet glissant effectue un travail négatif.
Friction points opposite to the motion ($\theta = 180^{\circ}$), so $W = -Fs$ — it takes energy away. · La friction pointe dans la direction opposée au mouvement ($\theta = 180^{\circ}$), donc $W = -Fs$ — elle retire de l'énergie.
Conservation of energy 能量守恒
- Energy is never made or destroyed — it only changes form or moves between objects.
- In a closed system the total energy stays constant.
Positive work (force along motion) and negative work (force opposite motion)
Conservation de l'énergie 能量守恒
- L'énergie n'est ni créée ni détruite — elle ne fait que changer de forme ou passer d'un objet à l'autre.
- Dans un système fermé, l'énergie totale reste constante.
Travail positif (force dans la direction du mouvement) et travail négatif (force opposée au mouvement)
Energy cannot be created or destroyed, only ____ from one form to another. · L'énergie ne peut être ni créée ni détruite, seulement ____ d'une forme à une autre.
That is conservation of energy — the total in a closed system stays the same. · C'est la conservation de l'énergie — le total dans un système fermé reste constant.
Match each term to the definition the examiner marks. · Reliez chaque terme à la définition marquée par l'examinateur.
The work definition's last phrase is what makes a force at right angles to the motion do no work at all. · La dernière phrase de la définition du travail est ce qui fait qu'une force à angle droit sur le mouvement ne fait aucun travail du tout.
Efficiency 效率
- $\text{efficiency} = \dfrac{\text{useful output}}{\text{total input}} \times 100\%$.
- It is always below $100\%$ — some energy ends up as "useless" thermal energy 热能.
The same work done in less time means more power
Rendement 效率
- $\text{efficiency} = \dfrac{\text{useful output}}{\text{total input}} \times 100\%$.
- Il est toujours inférieur à $100\%$ — une partie de l'énergie finit sous forme d'énergie thermique "inutile" 热能.
Le même travail fourni en moins de temps signifie plus de puissance
Energy flow & efficiency · Flux d'énergie & efficacité
The input energy divides into useful work and wasted energy; efficiency = useful ÷ input, and useful + wasted always equals the input. · L'énergie d'entrée se divise en travail utile et énergie gaspillée ; l'efficacité = utile ÷ entrée, et utile + gaspillé égale toujours l'entrée.
A machine takes in $200\ \text{J}$ and gives out $60\ \text{J}$ of useful energy. What is its efficiency (in %)? · Une machine reçoit $200\ \text{J}$ et fournit $60\ \text{J}$ d'énergie utile. Quelle est son efficacité (en %) ?
$\dfrac{60}{200} \times 100\% = 30\%$. The other $140\ \text{J}$ is wasted, mostly as heat. · $\dfrac{60}{200} \times 100\% = 30\%$. L'autre $140\ \text{J}$ est gaspillé, principalement sous forme de chaleur.
Power 功率
- Power is the rate of doing work: $P = \dfrac{W}{t} = \dfrac{\Delta E}{\Delta t}$.
- Unit: $\text{W} = \dfrac{\text{J}}{\text{s}}$.
Puissance 功率
- La puissance est le taux de réalisation du travail : $P = \dfrac{W}{t} = \dfrac{\Delta E}{\Delta t}$.
- Unité : $\text{W} = \dfrac{\text{J}}{\text{s}}$.
Power, force and velocity
- For a force $F$ along the motion at speed $v$: $P = Fv$.
- A car at steady speed needs $P = F_{\text{resist}} \times v$; lifting a weight at speed $v$ needs $P = mgv$.
Puissance, force et vitesse
- Pour une force $F$ dans la direction du mouvement à une vitesse $v$ : $P = Fv$.
- Une voiture à vitesse constante a besoin de $P = F_{\text{resist}} \times v$ ; soulever une charge à une vitesse $v$ a besoin de $P = mgv$.
A force $F$ acts on an object moving at speed $v$ in the direction of the force. The power delivered is: · Une force $F$ agit sur un objet se déplaçant à une vitesse $v$ dans la direction de la force. La puissance fournie est :
In time $\Delta t$ the displacement is $v\Delta t$ and the work is $Fv\Delta t$; dividing by $\Delta t$ gives $P = Fv$. · En temps $\Delta t$, le déplacement est $v\Delta t$ et le travail est $Fv\Delta t$ ; en divisant par $\Delta t$, on obtient $P = Fv$.
Worked example: a car at steady speed
- A car travels at a steady $25\ \text{m/s}$ against a total resistive force of $600\ \text{N}$. Find the useful output power of its engine.
- At steady speed the resultant force is zero, so the driving force equals the resistive force: $F = 600\ \text{N}$.
- $P = Fv = 600 \times 25 = 1.5\times10^{4}\ \text{W} = 15\ \text{kW}$.
- The step that carries the mark is stating why the driving force equals $600\ \text{N}$: constant velocity means zero resultant force.
- If the car were accelerating, the driving force would be larger than $600\ \text{N}$ and you could not use the resistive force in $P = Fv$ at all.
Exemple résolu : une voiture à vitesse constante
- Une voiture roule à une vitesse constante $25\ \text{m/s}$ contre une force de résistance totale de $600\ \text{N}$. Trouvez la puissance utile fournie par son moteur.
- À vitesse constante, la force résultante est nulle, donc la force motrice est égale à la force de résistance : $F = 600\ \text{N}$.
- $P = Fv = 600 \times 25 = 1.5\times10^{4}\ \text{W} = 15\ \text{kW}$.
- L'étape qui vaut des points consiste à expliquer pourquoi la force motrice est égale à $600\ \text{N}$ : vitesse constante signifie force résultante nulle.
- Si la voiture accélérait, la force motrice serait supérieure à $600\ \text{N}$ et vous ne pourriez pas du tout utiliser la force de résistance dans $P = Fv$.
Marks that slip away
- Efficiency is useful output divided by total input. The input is always the larger number, so an answer above $100\%$ means the two were swapped.
- In $P = Fv$, $F$ is the driving force. It equals the resistive force only at constant speed.
- Use the vertical height in $mg\Delta h$, never the distance along a slope.
- Work done by a force is the force times the distance moved in the direction of the force. A force at right angles to the motion does no work.
- On a force-extension graph the area is the energy stored. The gradient is the stiffness, and reading one for the other is a whole question lost.
Pièges qui font perdre des points
- Le rendement est la sortie utile divisée par l'entrée totale. L'entrée est toujours le nombre le plus grand, donc une réponse supérieure à $100\%$ indique que les deux ont été inversés.
- Dans $P = Fv$, $F$ est la force de traction. Elle est égale à la force de résistance uniquement à vitesse constante.
- Utilisez la hauteur verticale dans $mg\Delta h$, jamais la distance le long d'un plan incliné.
- Le travail fourni par une force est la force multipliée par la distance parcourue dans la direction de la force. Une force perpendiculaire au mouvement ne fournit aucun travail.
- Sur un graphique force-allongement, la surface représente l'énergie stockée. La pente est la rigidité, et lire l'un pour l'autre fait perdre toute une question.
A car travels at a steady 25 m/s against a total resistive force of 600 N. What is the useful output power, in kW? · Une voiture roule à vitesse constante de 25 m/s contre une force de résistance totale de 600 N. Quelle est la puissance de sortie utile, en kW ?
Steady speed means zero resultant force, so the driving force is 600 N and P = Fv = 15 kW. Saying WHY the driving force equals the resistance is what carries the mark. · Vitesse constante signifie force résultante nulle, donc la force motrice est de 600 N et P = Fv = 15 kW. Dire POURQUOI la force motrice est égale à la résistance porte la note.
In which cases does a force do no work? Select all · tout that apply. · Dans quels cas une force ne fait-elle aucun travail ? Sélectionnez toutes celles qui s'appliquent.
Braking does plenty of work, just negative work. The orbit is the neat case: gravity is always perpendicular to the motion, so the satellite's speed never changes. · Les freins font beaucoup de travail, juste du travail négatif. L'orbite est le cas élégant : la gravité est toujours perpendiculaire au mouvement, donc la vitesse du satellite ne change jamais.
Put an efficiency calculation in order. · Mettez un calcul d'efficacité dans l'ordre.
The input is always the larger number. An efficiency above 100% means the two were swapped, and dividing by the wasted energy is the other common wrong route. · L'entrée est toujours le nombre le plus grand. Un rendement supérieur à 100 % signifie que les deux ont été inversés, et diviser par l'énergie gaspillée constitue l'autre voie d'erreur fréquente.
You've got it
- work $W = Fs\cos\theta$ — only the part of $F$ along the motion counts
- energy is conserved; efficiency = useful ÷ total (always < 100%)
- power $P = \dfrac{W}{t} = Fv$
Vous avez compris
- travail $W = Fs\cos\theta$ — seule la partie de $F$ dans la direction du mouvement compte
- l'énergie est conservée ; rendement = utile ÷ total (toujours < 100%)
- puissance $P = \dfrac{W}{t} = Fv$