Énergie

 

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Théorème du viriel

L'énergie est un mot très à la mode en cette fin de deuxième millénaire. Mais au fait qu'est ce exactement que l'énergie? En physique, on la retrouve sous de multiples formes: cinétique, potentielle, gravitationnelle, chimique, électrique, nucléaire, biologique, lumineuse, calorifique et que sais je encore? Que de termes pour décrire la simple notion de travail! Eh oui, c'est quelque chose dont tu as bien conscience! Travailler signifie en effet dépenser de l'énergie. L'importance de l'énergie tient au fait que tout comme l'impulsion, elle se conserve pour tout système isolé.

Pour ce qui te concernes, tu ne retiendras qu'il n'existe en fait que deux formes d'énergie. Une énergie liée au mouvement, que l'on nomme "énergie cinétique K" et une énergie liée à la position ou à la masse que l'on nomme "énergie potentielle U". L'énergie cinétique K est ce qui pousse un système à s'étendre dans l'espace, tandis que l'énergie potentielle U au contraire est très souvent attractive, obligeant le système à se contracter sur lui-même.

Alors que la forme cinétique de l'énergie est universelle K = ½m×v2, la forme de l'énergie potentielle U elle est au contraire très variable. Toutefois dans de nombreux cas, on peut l'écrire sous la forme U = C×ra, où C est un facteur d'unité sans intérêt, r la position et a est un nombre entier positif (a = 2 par exemple pour un ressort) ou négatif (a = -1 pour la force électrique ou gravitationnelle).

Maintenant, tout système matériel est obligatoirement soumis aux deux types d'énergie, cinétique ou centrifuge et potentielle ou centripète. Or la plupart des objets autour de toi ne changent pas de taille. Cela signifie sûrement qu'il y doit exister une certaine compensation entre ces deux formes d'énergies, conduisant à un optimum de taille. C'est tout à fait vrai, et si en prime on peut écrire U = C×ra, alors tout état stationnaire en taille dans le temps sera toujours tel que: 2×<K> = a×<U>. Les crochets entourant K et U signifient qu'il ne faut considérer les valeurs instantanées des énergies cinétique et potentielle, mais uniquemment leur moyenne sur une très longue durée. Il s'agit bien sûr du célèbre théorème du viriel, véritable clef de voûte de la structure interne de toute matière: atomes, molécules, cristaux, étoiles et galaxies...

En conséquence, pour tout système en mouvement soumis à des forces de nature électromagnétiques ou gravitationnelles (a = -1), et possédant une taille immuable dans le temps, on pourra toujours écrire <K> = -½<U>. Dans ces conditions, l'énergie moyenne de cohésion E, qui est tout simplement la somme de la partie cinétique et de la partie potentielle, sera donnée par <E> = <K> + <U> = ½<U> = -<K>.

undercon.gif (4369 octets)Cette page a été mise à jour le 07/09/99.