LES ÉNERGIES D'UN SYSTEME

 

         Après cinquante secondes de chute libre, Félix Baumgartner commence sa phase de décélération. Nous l'étudierons en nous intéressant aux énergies classiques, c'est-à-dire aux variations des différentes énergies emmagasinées par le corps de l'Autrichien (système) en relation avec son environnement (référentiel). Un système est un corps réel ou fictif, utilisé comme sujet de référence pour les différentes observations. Un référentiel se compose de trois dimensions avec comme origine le système. Il permet de caractériser et quantifier les mouvements de ce dernier.

 

 

1. Énergie cinétique :

 

         L'énergie cinétique, notée Ec, s'exprime en Joules (J) et se caractérise par l'énergie qu'un corps possède selon le référentiel. Dans le cas de la chute libre, sa valeur au départ (lorsque Félix est dans la capsule) est nulle, puis cette dernière croit tant que le corps est en accélération. L'énergie cinétique se définit selon cette relation, elle varie surtout en fonction la vitesse du système :

 

 

 

 

 

 

2. Énergie potentielle :

 

         L'énergie potentielle (de position), notée Ep, s'exprime aussi en Joules (J) et se traduit par l'énergie possible (potentielle) qui peut se transposer en énergie cinétique. Ainsi, à la base (avant que Félix Baumgartner ne s'élance), l'énergie potentielle est à son maximum pour ensuite diminuer lors du saut. L'énergie potentielle se calcule selon cette relation, elle varie surtout en fonction de l'altitude :

 

 

 

 

 

 

 

3. Énergie mécanique :

 

          L'énergie mécanique se traduit par le lien entre ces deux énergies : l'énergie cinétique (Ec) et l'énergie potentielle (Ep). Elle se note Em et se définit par l'égalité suivante :

 

Em = Ec + Ep

 

Dans le cas de la chute libre :

Si Em est une constante, sa variation est donc nulle : ΔEm = 0. Dans ce cas, on dit que le système subit des forces conservatrices, c'est-à-dire que le corps ne cède pas d'énergie à l'extérieur. Ce cas est possible si aucune force de frottement ne s'exerce sur ce corps.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Graphique théorique de l'énergie conservatrice

 

 

          Or Félix Baumgartner subit de multiples forces de frottement, ce qui explique sa décélération. Ainsi, transmet-il de l'énergie à son référentiel, par conséquent l'énergie mécanique diminue au cours du saut.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Graphique théorique de l'énergie non conservatrice
 

 

 

          Ces frottements sont accrus en raison de l'augmentation de la masse volumique de l'air due aux variations de pression et de température (la masse molaire étant la même qu'au niveau du sol) lors de la descente, ce qui correspond à une augmentation de la densité des molécules dans ce milieu. C'est-à-dire que les molécules qui constituent l'atmosphère sont de plus en plus proches et c'est en partie pourquoi le corps de Félix Baumgartner est de plus en plus freiné au cours de la chute dans l'atmosphère terrestre. Ces différents facteurs expliquent l'énergie mécanique que l'Autrichien cède à son environnement. De plus, la poussée d'Archimède joue aussi un rôle dans sa décélération : la masse volumique (seule variable du calcul de cette force lors de la descente) augmente pendant sa chute, donc la poussée est plus importante. Cette perte est appelée énergie dissipée, elle est mesurée en Joules.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Graphique des variations d'énergies du saut de Félix Baumgartner

 

 

          La courbe bleue (horizontale) représente l'énergie mécanique en cas de conservation de l'énergie : elle modéliserait le saut de Félix Baumgartner s'il n'avait pas décéléré à cause des frottements. En ce qui concerne les autres courbes, il convient de se référer aux légendes des graphiques ci-dessus.