Énergie mécanique et chute libre

Énergie cinétique et énergie potentielle

En chute libre, deux formes d'énergie interviennent :

• l'énergie cinétique : Ec = (1/2)mv^2
• l'énergie potentielle de pesanteur : Ep = mgh

où m est la masse (kg), v la vitesse (m/s), h la hauteur par rapport à un niveau de référence (m).

Conservation de l'énergie mécanique

Puisqu'il n'y a pas de frottement, l'énergie mécanique Em = Ec + Ep se conserve au cours de la chute : ce qui est perdu en énergie potentielle (l'objet descend) est intégralement transformé en énergie cinétique (l'objet accélère).

Exemple : un objet de masse m = 2 kg est lâché d'une hauteur h = 10 m (v0 = 0).

• Ep initiale = mgh = 2 * 9.8 * 10 = 196 J
• Ec initiale = 0 J
• Au sol (h = 0) : Ep = 0 J, donc Ec finale = 196 J, ce qui donne v = sqrt(2*196/2) = 14 m/s.

Tableau bilan

Instant	Ep (J)	Ec (J)	Em (J)
Départ (h=10m)	196	0	196
Arrivée (h=0m)	0	196	196

Piège à éviter

Cette conservation de l'énergie mécanique n'est valable que si les frottements sont négligeables. Dès qu'il y a frottement de l'air (parachute, chute avec parapluie...), une partie de l'énergie est dissipée en chaleur et Em diminue au cours du temps.