• Energie mécanique - Rendement

    Energie ou Travail - en anglais: Work, d'où le symbôle W

    L'énergie, en Joules (J) est le résultat du déplacement:
    - d'une force suivant sa ligne d'action  W = F x d ;
    - d'un couple autour de son axe de rotation  W = M x θ. 

    θ est l'angle de rotation exprimé en radians (rd).

     Rappel: la notation d'un angle en degrés (°) pour habituelle qu'elle soit, est totalement arbitraire et n'a absolument rien de mécanique. Pas plus que le grade d'ailleurs. Dans un cas on partage un cercle en 360 parties égales (!), dans l'autre en 400 (!!).
    La seule unité d'angle qui ait une signification géométrique est le radian (du latin radius: rayon). Le radian est l'angle au centre correspondant au développement du rayon du cercle sur sa circonférence. Comme on sait que le périmètre d'un cercle vaut: p = 2 x π x r, il en résulte qu'un cercle comprend 2 x π radians.

    Correspondance: 360° = 6,28rd. 
    d'où : 1° = 0,0175rd et 1rd = 57°

    Remarques importantes:
    1 - Pour qu'il y ait production d'énergie (travail moteur) ou consommation d'énergie (travail récepteur), il faut nécessairement qu'il y ait déplacement. Ainsi quelqu'un d'immobile qui garde sur son dos un sac de ciment pendant un temps aussi long soit-il, n'accomplit aucun travail mécanique, même s'il sera très fatigué physiquement: il aurait pu poser le sac sur un support quelconque, le résultat aurait été le même (travail mécanique ≠ travail musculaire).
    2 - quand le déplacement d'une force se fait dans la direction où elle agit, il y a production d'énergie (ex. chute d'eau).
    3 - quand le déplacement d'une force se fait à l'opposé du sens où elle agit, il y a consommation d'énergie (ex. pompage d'un liquide).
    4 - Récupération de l'énergie. Une personne partant d'une altitude donnée et escaladant une montagne consomme de l'énergie (cf § 3). Quand elle redescend pour revenir à son point de départ, elle récupère l'énergie consommée à la montée (cf § 2). Mécaniquement, le bilan du travail total (montée + descente) est nul. Musculairement, il n'en est rien, bien entendu.
    5 - D'où l'intérêt des sysyèmes capables de récupérer l'énergie: le vélo par exemple. On pédale en montant mais pas obligatorement en descendant.

    Le rendement (η - eta) d'un mécanisme ou d'un système est le rapport entre l'énergie utile et l'énergie absorbée: η = Wu / Wa.
    L'énergie utile est égale à l'énergie absorbée diminuée des pertes: Wa = Wu + p. De fait, l'énergie utile étant toujours inférieure à l'énergie absorbée, le rendement (nombre abstrait sans unité) est toujours inférieur à 1. Il s'exprime souvent en pourcentage. Si un moteur thermique a un rendement de 30%, cela signifie que sur l'énergie que représente le pouvoir calorifique du carburant consommé, 70% disparaissent sous forme de pertes (frottements divers et chaleur essentiellement).

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