Formes d'énergie : cinétique, potentielle, thermique

Un ballon qui roule, une pomme suspendue, une casserole qui chauffe — trois situations, trois formes d'énergie.

1 L'idée

L'énergie est la capacité d'un système à produire un effet : mettre un objet en mouvement, l'élever, le chauffer. Elle se mesure en joules (J).

Règle fondamentale : l'énergie ne se crée pas et ne disparaît pas — elle se convertit d'une forme en une autre. On distingue ici trois formes essentielles : l'énergie cinétique, l'énergie potentielle de pesanteur et l'énergie thermique.

2 Les trois formes d'énergie

Énergie cinétique

$E_c \text{ : liée au mouvement — augmente avec la vitesse et la masse}$

Énergie potentielle

$E_p \text{ : liée à la hauteur — augmente avec la hauteur et la masse}$

Énergie thermique

$E_{th} \text{ : liée à la température — augmente avec la température}$

Unité commune

$\text{Joule (J) — même unité pour toutes les formes d'énergie}$

3 Exemples concrets

Énergie cinétique

Une voiture roulant à $90\,\text{km/h}$ est en mouvement : elle possède une énergie cinétique $E_c$.

Un camion à la même vitesse qu'une voiture possède une $E_c$ plus grande, car sa masse est plus importante.

Si la voiture accélère, sa $E_c$ augmente ; si elle freine et s'arrête, sa $E_c$ diminue jusqu'à zéro.

Énergie potentielle de pesanteur

Un livre posé sur une étagère à $2\,\text{m}$ du sol est immobile, mais en hauteur : il possède $E_p$.

Si on le dépose à $4\,\text{m}$ du sol, sa $E_p$ est deux fois plus grande.

Quand il tombe, il accélère : son $E_p$ se convertit en $E_c$.

Énergie thermique

L'eau dans une bouilloire à $80\,^{\circ}\text{C}$ contient plus d'énergie thermique qu'à $20\,^{\circ}\text{C}$.

Quand on frotte ses mains, le mouvement (énergie cinétique) se convertit en chaleur (énergie thermique) : les mains se réchauffent.

Méthode — identifier la forme d'énergie

L'objet est-il en mouvement ? → énergie cinétique $E_c$.
L'objet est-il en hauteur par rapport à une référence (sol, table…) ? → énergie potentielle $E_p$.
L'objet est-il chaud, ou y a-t-il un échauffement ? → énergie thermique $E_{th}$.
Un objet peut posséder plusieurs formes à la fois : une balle en chute libre possède $E_c$ (elle tombe vite) et $E_p$ (elle est encore en hauteur).

Erreurs fréquentes

Un objet immobile en hauteur possède de l'énergie (potentielle) : l'immobilité ne signifie pas l'absence d'énergie.
L'énergie ne disparaît jamais : si une bille s'arrête, son $E_c$ s'est convertie (souvent en $E_{th}$ par frottement), pas perdue.
Ne pas confondre énergie thermique (stockée dans un corps chaud) et chaleur (transfert d'énergie d'un corps chaud vers un corps froid).