Qu'est-ce que l'énergie ?

Dans cet article, nous aidons à comprendre le concept d'énergie.

Propriétés des objets mesurées directement

Si vous regardez autour de vous, vous verrez des dizaines, voire des milliers d’objets uniques. Chaque objet a des limites, des états physiques et des propriétés uniques et mesurables qui le distinguent des autres objets. Même des objets apparemment identiques, comme des manuels scolaires, sont différents car ils occupent des emplacements uniques. Vous possédez déjà les outils et les compétences nécessaires pour mesurer facilement de nombreuses propriétés, telles que la longueur, la largeur, la hauteur, la masse, la température, etc. Et avec un peu d'aide et les bons outils, vous pourriez également mesurer d'autres propriétés, comme le point de fusion, le point d’ébullition, la luminance, etc.

Toutes les descriptions mentionnées jusqu'à présent font référence à des propriétés spécifiques des objets que vous pouvez mesurer facilement. Mais il existe aussi des propriétés que vous devez calculer.

Propriétés des objets calculées

Vitesse

La vitesse est une propriété calculée généralement déterminée en enregistrant la position à deux instants dans le temps et en calculant le quotient du déplacement et de l'intervalle de temps.

D'autres méthodes existent pour mesurer la vitesse d'un objet en utilisant l'effet Doppler, un débitmètre, un manomètre différentiel, etc., mais aucune méthode n'existe pour mesurer directement la vitesse à un instant donné ; nous devons la calculer ou la déduire sur un intervalle de temps.

Élan

L'impulsion est une quantité calculée qui combine la masse mesurée avec la vitesse calculée.

Connaître l'élan d'un seul objet n'est pas très utile, mais connaître l'élan de plusieurs objets ou le changement d'élan d'un seul objet est utile.

Densité

La densité est une propriété d'objet calculée, définie comme le rapport entre la masse et le volume.

Nous savons, par expérience, qu’un cube d’eau, de 1 mètre de côté, a une masse de 1000 kg.

Cela donne à l'eau une masse volumique de 1 000 kg/m³. Quelle que soit la quantité d'eau présente, l'équivalence sera toujours vraie. Des volumes d'eau plus petits auront une masse proportionnellement plus petite.

La forme du réservoir importe peu. Si votre eau est dans un réservoir cubique, vous pouvez calculer son volume en multipliant les longueurs des côtés. Si, au contraire, vous choisissez de la contenir dans un ballon géant ou un ballon de plage, le volume devient le produit de quatre tiers de pi par le rayon au cube.

En résumé, même si vous modifiez la forme du récipient, la densité restera constante. Les équations utilisées pour calculer la densité peuvent varier, mais le résultat des calculs et la propriété de densité d'une substance donnée resteront constants.

De nombreuses propriétés calculées des objets sont tangibles. On peut observer un objet et savoir instinctivement si sa vitesse est élevée ou faible. On peut tenir un objet dans sa main et sentir si sa masse est élevée ou faible, puis deviner si sa densité est supérieure ou inférieure à ce qu'on pourrait attendre.

Ok, alors qu’est-ce que l’énergie ?

L'énergie est une propriété calculée d'un objet. Elle n'existe pas en dehors de diverses équations mathématiques. Cependant, ces équations relient une propriété physique d'une équation à une autre propriété d'une autre équation. Par exemple, on peut observer une diminution de la hauteur d'un objet dans une équation, tandis que sa vitesse augmente simultanément dans une autre.

Ce qui différencie l'énergie des autres propriétés calculées des objets, c'est qu'elle peut être calculée de plusieurs dizaines de façons à l'aide d'équations intégrant plusieurs propriétés d'objets. Le choix des équations dépend des propriétés et des circonstances. Il faut beaucoup de pratique et de répétition pour identifier les propriétés à choisir en fonction des circonstances.

Les unités d’énergie sont les « Joules », d’après James Prescott Joule, un scientifique qui a contribué à développer l’idée d’énergie.

Laissez-moi répéter ma question. Qu'est-ce que l'énergie ?

L'énergie n'existe pas en dehors de notre imagination. Les scientifiques et les ingénieurs l'ont inventée pour mieux comprendre les moteurs et la thermodynamique, puis ont appliqué ce concept à d'autres branches de la physique. Il n'existe aucune incarnation physique de ce qu'on appelle l'énergie.

Il existe diverses propriétés tangibles des objets (masse, vitesse, accélération, volume, température, etc.) et des équations permettant de calculer la valeur de l'énergie à partir de diverses propriétés facilement mesurables et certainement réelles. Les équations de l'énergie constituent ainsi le fil conducteur reliant des éléments apparemment sans rapport.

Voici un exemple rapide. Il s'avère que si vous laissez tomber un ensemble de pierres dans un étang d'une hauteur significative, la température de l'eau et des pierres augmentera. Mais de combien ?

Certaines équations définissent la variation d'énergie en fonction du changement de hauteur d'un objet, et d'autres équations définissent l'augmentation de température en fonction d'un changement d'énergie. Associez les deux et vous pourrez trouver une solution très rapidement.

Mais sans le concept d’énergie, il n’y a pas vraiment de moyen de s’attaquer au problème autrement que par l’expérimentation.

Les scientifiques ont déterminé, à partir d'expériences, qu'un kilogramme de charbon contient 24 millions d'unités (joules) d'énergie. Lorsque le charbon brûle, 24 millions de joules d'énergie sont libérés sous forme d'énergie thermique, et cette chaleur peut faire bouillir de l'eau et produire de la vapeur.

Les scientifiques savent également, grâce à l’expérience, qu’il faut 4 184 joules d’énergie pour augmenter la température de l’eau d’un degré Celsius.

C'est une augmentation considérable de la température d'un mètre cube d'eau. Essayez d'imaginer cette quantité d'eau sur votre cuisinière à la maison et imaginez le temps qu'il vous faudrait pour la porter à ébullition complète. Vous resterez dans la cuisine pendant très longtemps !

Qu’est-ce que l’énergie appliquée à l’électronique ?

N'oubliez pas que l'énergie n'existe pas. C'est une propriété calculée d'un objet. Et elle est calculée à partir de nombreuses propriétés différentes.