Mécanique et énergie en physique : cours de Terminale SI
Publié le 7 novembre 2026 · Mis à jour le 7 novembre 2026 · Signaler une erreur
L'essentiel
Une énergie se repère à ses effets : un système qui en possède peut changer l'état d'un autre système, et cette énergie passe d'une forme à une autre sans apparaître ni disparaître 2.
L'énergie mécanique additionne l'énergie liée au mouvement (cinétique) et celle liée à la position et aux interactions (potentielle) 3.
Quand seules des forces conservatives agissent, l'énergie mécanique garde la même valeur du début à la fin du trajet 3.
Avec des forces non conservatives, la différence d'énergie mécanique entre A et B s'obtient en additionnant les travaux de ces forces 3.
L'énergie interne ne se connaît que par ses variations, et la valeur de l'énergie mécanique dépend du référentiel choisi 23.
Pourquoi étudier la mécanique et l'énergie en SI ?
En sciences de l'ingénieur, tu ne regardes pas un objet seulement comme un assemblage de pièces : tu regardes ce qu'il transforme et ce qu'il consomme. Un ascenseur monte des personnes, une trottinette électrique accélère, un drone se maintient en l'air. Dans chaque cas, de l'énergie passe d'une forme à une autre, et c'est cette circulation que le cours de physique appliquée t'apprend à décrire et à chiffrer.
Le programme de la spécialité SI relie cette étude aux grandeurs physiques (mécaniques, électriques, thermiques) qui interviennent dans le fonctionnement d'un produit 1. Ce cours porte sur le versant mécanique : vitesse, position, énergie cinétique, énergie potentielle, énergie mécanique. Le chapitre suivant, « Électricité et ondes en physique », reprendra la même logique de bilan avec les grandeurs électriques.
Tu n'as besoin d'aucun prérequis particulier au-delà des notions de masse, de vitesse et de force vues au lycée. Le fil conducteur du chapitre est simple : on choisit un système, on repère les formes d'énergie qu'il possède, puis on suit leurs échanges. Tout l'enjeu est de savoir quand l'énergie mécanique reste identique et quand elle varie.
Énergie
Formes
Cinétique
Potentielle
Interne
Mécanique
Ec + Ep
Vitesse
Position
Conservation
Système isolé
Forces conservatives
Bilan A vers B
Travail des forces
Variation de Em
Les notions du chapitre · Vue d'ensemble des notions du chapitre.
L'énergie : une grandeur qui se convertit et se conserve
Cette définition insiste sur un point : l'énergie ne se voit pas directement, on la repère par ses effets. Un marteau qui s'abat enfonce un clou : le marteau en mouvement a modifié l'état du clou. Un ressort comprimé qui se détend pousse une pièce : le ressort a modifié l'état de la pièce. Dans les deux cas, un système en a changé un autre.
Quand on dit qu'une machine « perd » de l'énergie, on parle en réalité d'une énergie qui prend une forme non souhaitée (de la chaleur par exemple), pas d'une énergie qui disparaît. C'est un point de vocabulaire que les ingénieurs maîtrisent : on parle de pertes pour désigner ce qui n'est pas utile à la fonction du produit, tout en gardant le principe de conservation intact 2.
Énergie cinétique, énergie potentielle et énergie mécanique
L'énergie cinétique Ec est celle du mouvement d'ensemble du système, dite macroscopique. Elle découle uniquement de la vitesse des éléments du système, donc du référentiel choisi 3. L'énergie potentielle Ep est liée à la position du système et à ses interactions. À notre échelle, l'énergie mécanique est donc fixée par la masse, la vitesse, la position et les interactions en jeu 2.
Énergie interne et énergie totale : ce que la mécanique laisse de côté
Un système réel n'a pas seulement une énergie liée à son mouvement d'ensemble. À l'échelle des particules, l'énergie interne varie avec la température, la pression, la composition chimique et les interactions entre atomes ou molécules 2. Elle regroupe l'énergie thermique (l'agitation des particules) et les énergies potentielles d'interaction à cette échelle 2.
L'énergie cinétique d'agitation des particules appartient à l'énergie interne et n'entre donc pas dans le calcul de l'énergie mécanique 3. C'est la frontière à garder en tête : Em décrit ce qui se voit à notre échelle, U décrit ce qui se passe à l'échelle des particules.
Quand l'énergie mécanique se conserve
Concrètement, entre deux positions A et B :
Em,A=Em,B⟺Ec,A+Ep,A=Ec,B+Ep,B
L'énergie cinétique perdue est exactement égale à l'énergie potentielle gagnée, et réciproquement. On parle de conversion entre les deux formes.
SystèmeChoisir le système et le référentiel
États A et BRelever vitesse et position de chaque état
ForcesClasser conservatives ou non
BilanÉcrire Em constante ou la variation de Em
CalculCalculer, vérifier unité et signe
Résoudre un problème d'énergie · Méthode en cinq temps.
Forces non conservatives : quand l'énergie mécanique varie
L'énergie mécanique en A et en B ne dépend que de la vitesse et de la position, pas du trajet 3. En revanche, le travail d'une force non conservative peut dépendre du trajet : un frottement travaille davantage sur un long chemin que sur un court.
Méthode : résoudre un problème d'énergie en SI
Erreurs fréquentes et réflexes de vérification
Exercices corrigés
Exercice 1 Énergie cinétique d'un chariot
★☆☆Environ 5 min
Un chariot de manutention de masse m=2kg se déplace à la vitesse v=3m/s sur un plan horizontal. On rappelle Ec=21mv2.
Calcule son énergie cinétique, puis dis ce que devient cette valeur si la vitesse est doublée.
Indice 1
Les unités sont déjà bonnes (kg et m/s).
Indice 2
Le carré de la vitesse intervient : double vitesse, quel facteur ?
Voir la correction pas à pas
On écrit la formule : Ec=21mv2.
On remplace : Ec=21×2×32.
On calcule : 32=9, puis 21×2×9=9, soit Ec=9J.
Si v est doublée (6m/s), Ec=21×2×36=36J : l'énergie est multipliée par 4.
L'énergie cinétique vaut 9 J. Doubler la vitesse la multiplie par 4, car la vitesse intervient au carré.
Exercice 2 Vitesse d'un objet en chute libre
★★☆Environ 10 min
Un objet de masse m=0,5kg est lâché sans vitesse initiale d'une hauteur h=5m au-dessus du sol. On néglige les frottements de l'air et on prend g=10m/s2. On rappelle Ep=mgh et Ec=21mv2.
Détermine la vitesse de l'objet juste avant l'impact avec le sol.
Écris l'égalité Em,A=Em,B en prenant le sol pour référence de hauteur.
Voir la correction pas à pas
Seul le poids agit (frottements négligés) : c'est une force conservative, donc l'énergie mécanique se conserve.
En A (départ) : Ec,A=0 et Ep,A=0,5×10×5=25J, donc Em,A=25J.
En B (sol) : Ep,B=0, donc Em,B=Ec,B=21×0,5×v2.
Conservation : 21×0,5×v2=25, soit v2=100.
On extrait la racine : v=10m/s.
La vitesse avant l'impact vaut 10 m/s. La masse se simplifie : le résultat vaut 2gh.
Exercice 3 Bilan avec frottements sur une rampe
★★★Environ 15 min
Un colis de masse m=10kg, lâché sans vitesse au sommet d'une rampe, descend d'une hauteur h=2m et atteint le bas avec la vitesse v=5m/s. On prend g=10m/s2, avec Ep=mgh et Ec=21mv2 ; le bas de la rampe est la référence de hauteur.
Calcule le travail des forces de frottement sur la descente.
Indice 1
Les frottements sont-ils conservatifs ? Quelle relation utilises-tu alors ?
Indice 2
Le travail attendu est-il positif ou négatif ? Utilise-le pour contrôler ton résultat.
Voir la correction pas à pas
Les frottements sont non conservatifs : on utilise Em,B−Em,A=Wfrottements.
État A : Ec,A=0 et Ep,A=10×10×2=200J, donc Em,A=200J.
État B : Ep,B=0 et Ec,B=21×10×25=125J, donc Em,B=125J.
On calcule : W=125−200=−75J.
Contrôle : le signe est négatif, ce qui est cohérent avec une énergie mécanique qui diminue.
Le travail des frottements vaut -75 J : ils retirent 75 J à l'énergie mécanique, qui se retrouve en énergie interne (chauffage du colis et de la rampe).
Quiz
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L'énergie mécanique vaut Ec+Ep3. La proposition « mécanique plus interne » décrit l'énergie totale, pas l'énergie mécanique 2 : c'est la confusion la plus fréquente. Un produit ou une différence n'ont aucun sens physique ici.
Avec uniquement des forces conservatives, l'énergie mécanique reste constante le long du chemin 3. Elle ne diminue pas : la diminution est typique de frottements, qui sont non conservatifs. Elle n'est pas nulle pour autant : constante ne veut pas dire nulle.
Vrai : la vitesse y intervient, donc sa valeur varie selon le référentiel 3. On pourrait croire qu'une énergie est une propriété « absolue » de l'objet, mais l'énergie cinétique change si l'on change d'observateur.
L'énergie ne disparaît pas : elle passe d'une forme à une autre 2. Ici, l'énergie mécanique diminue et l'énergie interne augmente. L'idée de « destruction » contredit le principe de conservation.
Entre A et B, Em,B−Em,A vaut la somme des travaux des forces non conservatives 3. Une variation nulle n'est le cas que si cette somme est nulle. La masse seule ne détermine rien : la vitesse et la position comptent aussi 3.
Ec=21×4×52=21×4×25=50J. L'erreur tentante est d'oublier le carré (21×4×5=10), ce qui donnerait un résultat faux d'un facteur 5.
Un système isolé n'échange pas d'énergie avec l'extérieur : son énergie garde la même valeur 2. Les frottements diminuent l'énergie mécanique, pas l'énergie totale. Et l'énergie totale contient l'énergie interne, qu'on ne sait ni calculer ni mesurer : on n'en évalue que les variations 2.
Les questions qu'on se pose
Quelle est la différence entre énergie mécanique et énergie interne ?
L'énergie mécanique regroupe l'énergie cinétique et l'énergie potentielle observables à notre échelle 2. L'énergie interne regroupe l'agitation des particules et leurs interactions 2. Pour les distinguer : la première se calcule à partir de la vitesse et de la position de l'objet entier, la seconde dépend de la température et de l'état de la matière. Leur somme donne l'énergie totale 2.
Pourquoi ne calcule-t-on pas l'énergie interne dans un exercice ?
Parce qu'elle rassemble trop de contributions microscopiques : on ne sait ni la calculer ni la mesurer, on n'en connaît que les variations 2. L'énergie mécanique, elle, se calcule à partir de la vitesse et de la position, une fois choisis le référentiel et le zéro de l'énergie potentielle 3.
Comment savoir si je peux écrire que l'énergie mécanique se conserve ?
Dresse la liste des forces qui travaillent sur le système. Si toutes sont conservatives, l'énergie mécanique est constante 3. Dès qu'une force non conservative intervient (frottement, force motrice d'un moteur), utilise le bilan avec les travaux : la variation d'énergie mécanique est égale à leur somme 3. En cas de doute, l'énoncé précise souvent « on néglige les frottements ».
Pourquoi l'énergie mécanique dépend-elle du référentiel ?
Parce qu'elle contient l'énergie cinétique, qui dépend de la vitesse, et que la vitesse change quand on change de référentiel 3. C'est pourquoi on précise toujours le référentiel d'étude avant de commencer un calcul d'énergie.
Cette notion intervient-elle vraiment en spécialité SI ?
Oui : le programme de la spécialité cite les grandeurs physiques mécaniques, électriques ou thermiques mobilisées par le fonctionnement d'un produit 1. Savoir faire un bilan d'énergie mécanique te permet de dimensionner un actionneur ou d'estimer ce qu'un produit consomme pour déplacer une charge. Tu retrouveras la même logique de bilan dans le chapitre suivant sur l'électricité et les ondes.