Calcul du travail d’une force
Ce calcul du travail d’une force détermine le travail qu’une force fournit sur un déplacement selon W = F × d × cos α. Saisissez force, distance et angle entre les deux, et l’outil donne le travail en joules et kilojoules. Il vaut pour toute poussée ou traction, que la force agisse dans le sens du mouvement ou en biais.
Résultats
L’outil « Calcul du travail d’une force » fait partie de notre rubrique Calculateurs : Énergie & chaleur. Parcourez cette rubrique pour dimensionner, convertir et vérifier vos résultats en complément de cet outil.
Pourquoi calculer le travail d’une force
En physique, un travail est fourni quand une force déplace un corps, et l’outil mesure combien. Il multiplie la force par la distance parcourue et par le cosinus de l’angle entre les deux, une force exactement dans le sens du mouvement fournit donc le plus de travail. L’outil donne des joules, l’unité d’énergie, car travail et énergie sont la même grandeur.
Formule du travail d’une force
L’outil utilise force fois distance fois cosinus de l’angle :
F est la force, d la distance et α l’angle entre les deux. Si la force agit dans le sens du mouvement, cos 0 vaut 1 et le travail est simplement force fois distance. À 90 degrés, le cosinus vaut 0 et aucun travail n’est fourni, c’est pourquoi porter un sac à l’horizontale ne fournit aucun travail contre la pesanteur.
Exemple de calcul du travail d’une force
Une force de 100 N pousse un corps sur 5 m exactement dans le sens du mouvement :
Le travail fourni vaut donc 500 joules ou 0,5 kJ. Passez l’angle à 60 degrés, et le travail tombe à 250 J, car seule une partie de la force agit le long du déplacement.
Comment faire le calcul du travail d’une force
Saisissez la force en newtons, la distance en mètres et l’angle en degrés entre force et mouvement, et l’outil donne le travail en joules et kilojoules. Utilisez 0 degré quand la force agit exactement le long du déplacement, le cas le plus courant. L’outil traite aussi les forces obliques, car il applique le cosinus de tout angle saisi.
Interpréter le travail d’une force
Le travail en joules est l’énergie que la force transmet au corps. Un travail positif accélère ou élève un corps ; un travail négatif, quand la force s’oppose au mouvement, le freine, comme le fait le frottement. À 90 degrés, le résultat est nul, car la force ne déplace pas le corps dans sa direction. Divisez le travail par le temps pour la puissance, ou reliez-le par la masse à une variation d’énergie.
Quand calculer le travail d’une force
- Résoudre des exercices de physique sur le travail
- Déterminer l’énergie transmise par une force
- Traiter des forces appliquées en biais
- Préparer une puissance à partir du travail et du temps
Erreurs fréquentes dans le calcul du travail d’une force
- Ignorer l’angle. Une force oblique fournit moins de travail ; saisissez l’angle réel, pas toujours 0.
- Confondre force et poids. Utilisez la force le long du mouvement, pas seulement le poids.
- Mélanger les unités. Newtons et mètres donnent des joules ; convertissez d’abord les autres unités.
Conseils pour calculer le travail d’une force
- Utilisez 0 degré quand la force agit exactement le long du déplacement.
- Divisez le travail par le temps pour la puissance en watts.
- Une force à 90 degrés ne fournit aucun travail.
Comment l’angle fixe le travail d’une force
Le terme d’angle fait de l’outil plus qu’une simple multiplication. La force est un vecteur, seule sa composante dans le sens du mouvement fournit un travail, et cette composante vaut force fois cosinus de l’angle. Si vous poussez une tondeuse avec le guidon orienté vers le bas, une partie de votre force appuie dans le sol et ne fournit aucun travail utile ; seule la composante horizontale déplace la tondeuse. C’est aussi pourquoi la pesanteur ne fournit aucun travail sur un satellite en orbite circulaire, car elle tire tout au long de l’orbite à angle droit du mouvement. Le cosinus couvre tous ces cas avec un seul facteur, saisissez donc l’angle réel.
Le signe du travail d’une force
Que le travail soit positif ou négatif décide du sens dans lequel circule l’énergie. Si force et mouvement vont dans le même sens, le travail est positif, et l’énergie entre dans le corps, qui accélère ou monte. S’ils s’opposent, comme au freinage ou par frottement, le travail est négatif, et l’énergie quitte le corps sous forme de chaleur ou de bruit. Le théorème de l’énergie cinétique relie cela à l’énergie de mouvement : le travail total égale la variation d’énergie cinétique. C’est pourquoi les mêmes 500 joules peuvent accélérer un chariot ou, appliqués par un frein, l’arrêter ; la vitesse correspondante, le calcul de l’énergie cinétique la donne.
Tableau du travail d’une force selon force et angle
Travail pour plusieurs forces, distances et angles :
| Force | Distance | Angle | Travail |
|---|---|---|---|
| 100 N | 5 m | 0° | 500 J |
| 100 N | 5 m | 60° | 250 J |
| 200 N | 5 m | 0° | 1000 J |
| 100 N | 10 m | 90° | 0 J |
Questions fréquentes : Calcul du travail d’une force
Quelle est la formule du travail ?
W = F × d × cos α, force fois distance fois cosinus de l’angle entre les deux. L’outil donne le travail en joules.
Pourquoi l’angle compte-t-il ?
Seule la composante de la force dans le sens du mouvement fournit un travail. Le cosinus de l’angle met la force à l’échelle, une force à 90 degrés ne fournit donc aucun travail.
En quelle unité mesure-t-on le travail ?
En joules, la même unité que l’énergie, car le travail est de l’énergie transférée. L’outil montre aussi des kilojoules pour les grandes valeurs ; 1 J = 1 N·m.
Le travail peut-il être négatif ?
Oui. Si la force s’oppose au mouvement, comme le frottement, l’angle dépasse 90 degrés et le travail est négatif, de l’énergie est donc retirée au corps.