Les philosophes antiques aussi loin que Thalès de Milet C. 550 avant notre ère avaient des inklings de la conservation d’une substance sous-jacente dont tout est fait. , Cependant, il n’y a pas de raison particulière d’identifier leurs théories avec ce que nous connaissons aujourd’hui comme « énergie de masse » (par exemple, Thales pensait que c’était de l’eau). Empédocle (490-430 AEC) a écrit que dans son système universel, composé de quatre racines (terre, air, eau, feu), « rien ne vient à être ou périt »; au lieu de cela, ces éléments subissent un réarrangement continu. Épicure (c., 350 AEC), d’autre part, croyait que tout dans l’univers était composé d’unités indivisibles de matière—l’ancien précurseur des « atomes » —et lui aussi avait une idée de la nécessité de la conservation, déclarant que  » la somme totale des choses était toujours telle qu’elle est maintenant, et telle qu’elle restera jamais. »

en 1605, Simon Stevinus a pu résoudre un certain nombre de problèmes en statique basés sur le principe que le mouvement perpétuel était impossible.,

en 1639, Galilée a publié son analyse de plusieurs situations—y compris le célèbre « pendule interrompu »—qui peut être décrit (dans le langage moderne) comme convertissant de manière conservatrice l’énergie potentielle en énergie cinétique et inversement. Essentiellement, il a souligné que la hauteur d’un corps en mouvement est égale à la hauteur à partir de laquelle il tombe, et a utilisé cette observation pour déduire l’idée d’inertie. L’aspect remarquable de cette observation est que la hauteur à laquelle un corps en mouvement monte sur une surface sans frottement ne dépend pas de la forme de la surface.,

en 1669, Christiaan Huygens publie ses lois de collision. Parmi les quantités qu’il a énumérées comme étant invariantes avant et après la collision des corps étaient à la fois la somme de leur moment linéaire ainsi que la somme de leurs énergies cinétiques. Cependant, la différence entre la collision élastique et inélastique n’était pas comprise à l’époque. Cela a conduit à la dispute entre les chercheurs de ces quantités conservées était la plus fondamentale., Dans son Horologium Oscillatorium, il a donné une déclaration beaucoup plus claire concernant la hauteur d’Ascension d’un corps en mouvement, et a relié cette idée à l’impossibilité d’un mouvement perpétuel. L’étude de Huygens sur la dynamique du mouvement du pendule était basée sur un seul principe: que le centre de gravité d’un objet lourd ne peut pas se soulever.

le fait que L’énergie cinétique soit scalaire, contrairement à l’impulsion linéaire qui est un vecteur, et donc plus facile à travailler n’a pas échappé à L’attention de Gottfried Wilhelm Leibniz., C’est Leibniz au cours de 1676-1689 qui a d’abord tenté une formulation mathématique du type d’énergie qui est liée au mouvement (énergie cinétique). En utilisant les travaux de Huygens sur la collision, Leibniz a remarqué que dans de nombreux systèmes mécaniques (de plusieurs masses, mi avec chacune une vitesse vi),

i i m i v i 2 {\displaystyle \sum _{i}m_{i}v_{i}^{2}}

était conservé tant que les masses n’interagissaient pas. Il a appelé cette quantité la vis viva, ou force vive du système. Le principe représente une déclaration précise de la conservation approximative de l’énergie cinétique dans les situations où il n’y a pas de friction., De nombreux physiciens à cette époque, tels que Newton, ont soutenu que la conservation de l’élan, qui tient même dans les systèmes à friction, telle que définie par l’élan:

! I m i v i {\displaystyle\,\!\sum _{i} m_ {i}v_ {i}}

était la vis viva conservée. Il a été démontré plus tard que les deux quantités sont conservées simultanément, étant donné les conditions appropriées telles qu’une collision élastique.

en 1687, Isaac Newton publie ses Principia, qui s’organisent autour du concept de force et d’élan., Cependant, les chercheurs ont rapidement reconnu que les principes énoncés dans le livre, Bien Que fins pour les masses ponctuelles, n’étaient pas suffisants pour s’attaquer aux mouvements des corps rigides et fluides. D’autres principes étaient également nécessaires.

la loi de conservation de vis viva a été défendue par le duo père et fils, Johann et Daniel Bernoulli. Le premier énonce le principe du travail virtuel tel qu’il est utilisé en statique dans toute sa généralité en 1715, tandis que le second fonde son Hydrodynamica, publié en 1738, sur ce seul principe de conservation., L’étude de Daniel sur la perte de vis viva de l’eau qui coule l’a amené à formuler le principe de Bernoulli, qui relie la perte à être proportionnelle au changement de pression hydrodynamique. Daniel a également formulé la notion de travail et d’efficacité pour les machines hydrauliques; et il a donné une théorie cinétique des gaz, et a lié l’énergie cinétique des molécules de gaz avec la température du gaz.,

cet accent mis sur la vis viva par les physiciens continentaux a finalement conduit à la découverte des principes de stationnarité régissant la mécanique, tels que le principe de D’Alembert, les formulations lagrangiennes et Hamiltoniennes de la mécanique.

Émilie Du Châtelet (1706-1749) a proposé et testé l’hypothèse de la conservation de l’énergie totale, distincte de l’élan. Inspirée par les théories de Gottfried Leibniz, elle a répété et fait connaître une expérience conçue à l’origine par Gravesande de Willem en 1722 dans laquelle des balles étaient larguées de différentes hauteurs dans une feuille d’argile molle., L’énergie cinétique de chaque boule—comme indiqué par la quantité de matière déplacée—s’est avérée proportionnelle au carré de la vitesse. La déformation de l’argile s’est avérée être directement proportionnelle à la hauteur à partir de laquelle les billes ont été larguées, égale à l’énergie potentielle initiale. Les travailleurs antérieurs, y compris Newton et Voltaire, avaient tous cru que « l’énergie » (dans la mesure où ils comprenaient le concept du tout) n’était pas distincte de l’élan et donc proportionnelle à la vitesse., Selon cette compréhension, la déformation de l’argile aurait dû être proportionnelle à la racine carrée de la hauteur à partir de laquelle les billes ont été larguées. Dans la physique classique, la formule correcte est E k = 1 2 m v 2 {\displaystyle E_{k}={\frac {1}{2}}mv^{2}} , où E k {\displaystyle E_{k}} est l’énergie cinétique d’un objet, m {\displaystyle m} du fait de sa masse et v {\displaystyle v} sa vitesse. Sur cette base, du Châtelet a proposé que l’énergie doit toujours avoir les mêmes dimensions sous n’importe quelle forme, ce qui est nécessaire pour pouvoir la relier sous différentes formes (cinétique, potentiel, chaleur.).,

des ingénieurs tels que John Smeaton, Peter Ewart, Carl Holtzmann, Gustave-Adolphe Hirn et Marc Seguin ont reconnu que la conservation de l’élan à elle seule n’était pas suffisante pour un calcul pratique et ont utilisé le principe de Leibniz. Le principe a également été défendu par certains chimistes tels que William Hyde Wollaston. Des universitaires tels que John Playfair ont rapidement souligné que l’énergie cinétique n’est clairement pas conservée. Ceci est évident pour une analyse moderne basée sur la deuxième loi de la thermodynamique, mais aux 18ème et 19ème siècles, le sort de l’énergie perdue était encore inconnu.,

peu à peu, il est apparu que la chaleur inévitablement générée par le mouvement sous friction était une autre forme de vis viva. En 1783, Antoine Lavoisier et Pierre-Simon Laplace passent en revue les deux théories concurrentes de la vis viva et de la théorie calorique. Les observations de 1798 du comte Rumford sur la production de chaleur pendant le forage des canons ont ajouté plus de poids à l’idée que le mouvement mécanique pouvait être converti en chaleur et (aussi important) que la conversion était quantitative et pouvait être prédite (permettant une constante de conversion universelle entre l’énergie cinétique et la chaleur)., Vis viva a ensuite commencé à être connu sous le nom d’énergie, après que le terme a été utilisé pour la première fois dans ce sens par Thomas Young en 1807.

le recalibrage de vis viva en

1 2 i i m i v i 2 {\displaystyle {\frac {1}{2}}\sum _{i}m_{i}v_{i}^{2}}

qui peut être compris comme convertissant l’énergie cinétique en travail, a été en grande partie le résultat de Gaspard-Gustave Coriolis et Jean-Victor Poncelet sur la période 1819-1839. Le premier a appelé la quantité de travail et le second, travail mécanique, et tous deux ont défendu son utilisation dans le calcul d’ingénierie.,

Dans un article Über die Natur der Wärme(allemand « sur la nature de la chaleur / chaleur »), publié dans le Zeitschrift für Physik en 1837, Karl Friedrich Mohr a donné l’une des premières déclarations générales de la doctrine de la conservation de l’énergie: « outre les 54 éléments chimiques connus, il n’y a dans le monde physique qu’un seul agent, Il peut apparaître, selon les circonstances, en tant que mouvement, affinité chimique, la cohésion, l’électricité, la lumière et le magnétisme; et de l’une de ces formes, il peut être transformé en l’une des autres., »

équivalent mécanique de la chaleurmodifier

Une étape clé dans le développement du principe de conservation moderne a été la démonstration de l’équivalent mécanique de la chaleur. La théorie calorique soutenait que la chaleur ne pouvait ni être créée ni détruite, alors que la conservation de l’énergie implique le principe contraire que la chaleur et le travail mécanique sont interchangeables.

Au milieu du XVIIIe siècle, Mikhail Lomonosov, un scientifique russe, a postulé sa théorie corpusculo-cinétique de la chaleur, qui a rejeté l’idée d’un calorique., Grâce aux résultats d’études empiriques, Lomonosov est arrivé à la conclusion que la chaleur n’était pas transférée à travers les particules du liquide calorique.

en 1798, le Comte Rumford (Benjamin Thompson) a effectué des mesures de la chaleur de friction générée dans les canons ennuyeux, et a développé l’idée que la chaleur est une forme d’énergie cinétique; ses mesures réfutaient la théorie calorique, mais étaient assez imprécises pour laisser place au doute.

le principe d’équivalence mécanique a été énoncé pour la première fois sous sa forme moderne par le chirurgien allemand Julius Robert von Mayer en 1842., Mayer a atteint sa conclusion Lors d’un voyage aux Indes orientales néerlandaises, où il a constaté que le sang de ses patients était d’un rouge plus profond parce qu’ils consommaient moins d’oxygène, et donc moins d’énergie, pour maintenir leur température corporelle dans le climat plus chaud. Il a découvert que la chaleur et le travail mécanique étaient deux formes d’énergie et en 1845, après avoir amélioré ses connaissances en physique, il a publié une monographie qui a énoncé une relation quantitative entre eux.

pendant ce temps, en 1843, James Prescott Joule découvrit indépendamment l’équivalent mécanique dans une série d’expériences. Dans le plus célèbre, maintenant appelé « appareil Joule », un poids descendant attaché à une ficelle faisait tourner une pagaie immergée dans l’eau. Il a montré que l’énergie potentielle gravitationnelle perdue par le poids en descendant était égale à l’énergie interne gagnée par l’eau par frottement avec la pagaie.,

au cours de la période 1840-1843, des travaux similaires ont été effectués par L’ingénieur Ludwig A. Colding, bien qu’ils soient peu connus en dehors de son Danemark Natal.

Le travail de Joule et de Mayer a souffert de résistance et de négligence, mais C’est Joule qui a finalement attiré la reconnaissance plus large.

en 1844, William Robert Grove postule une relation entre la mécanique, la chaleur, la lumière, l’électricité et le magnétisme en les traitant tous comme des manifestations d’une seule « force » (énergie en termes modernes). En 1846, Grove publié ses théories dans son livre La Corrélation des Forces Physiques. En 1847, S’appuyant sur les travaux antérieurs de Joule, Sadi Carnot et Émile Clapeyron, Hermann von Helmholtz arrive à des conclusions similaires à celles de Grove et publie ses théories dans son livre Über die Erhaltung der Kraft (sur la Conservation de la Force, 1847)., L’acceptation moderne générale du principe découle de cette publication.

en 1850, William Rankine a utilisé pour la première fois l’expression la loi de la conservation de l’énergie pour le principe.

en 1877, Peter Guthrie tait a affirmé que le principe provenait de Sir Isaac Newton, basé sur une lecture créative des propositions 40 et 41 des Philosophiae Naturalis Principia Mathematica. Ceci est maintenant considéré comme un exemple de L’histoire Whig.

équivalence masse–énergiemodifier

La matière est composée d’atomes et ce qui la compose. La matière a une masse intrinsèque ou de repos. Dans la gamme limitée de l’expérience reconnue du XIXe siècle, il a été constaté que cette masse de repos est conservée. La théorie de la relativité restreinte d’Einstein de 1905 a montré que la masse de repos correspond à une quantité équivalente d’énergie de repos., Cela signifie que la masse de repos peut être convertie en ou à partir de quantités équivalentes de formes d’énergie (non matérielles), par exemple l’énergie cinétique, l’énergie potentielle et l’énergie rayonnante électromagnétique. Lorsque cela se produit, comme le reconnaît l’expérience du XXe siècle, la masse de repos n’est pas conservée, contrairement à la masse totale ou à l’énergie totale. Toutes les formes d’énergie contribuent à la masse totale et à l’énergie totale.

Par exemple, un électron et un positron ont chacune masse au repos. Ils peuvent périr ensemble, convertissant leur énergie de repos combinée en photons ayant une énergie rayonnante électromagnétique, mais pas de masse de repos., Si cela se produit dans un système isolé qui ne libère pas les photons ou leur énergie dans l’environnement extérieur, alors ni la masse totale ni l’énergie totale du système ne changeront. L’énergie rayonnante électromagnétique produite contribue tout autant à l’inertie (et à tout poids) du système que la masse restante de l’électron et du positron avant leur disparition. De même, les formes d’énergie non matérielles peuvent périr dans la matière, qui a une masse de repos.,

ainsi, la conservation de l’énergie (totale, y compris l’énergie matérielle ou de repos), et la conservation de la masse (totale, pas seulement le repos), chacune tient toujours comme une loi (équivalente). Au 18ème siècle, ces lois étaient apparues comme deux lois apparemment distinctes.,

Conservation de l’énergie dans la désintégration betamodifier

la découverte en 1911 que les électrons émis dans la désintégration beta ont un spectre continu plutôt que discret semblait contredire la conservation de l’énergie, sous l’hypothèse alors actuelle que la désintégration beta est la simple émission d’un électron à partir d’un noyau. Ce problème a finalement été résolu en 1933 par Enrico Fermi qui a proposé la description correcte de la désintégration bêta comme l’émission à la fois d’un électron et d’un antineutrino, qui emporte l’énergie apparemment manquante.,