Chapitre 3 : ENERGIE CINETIQUE –ENERGIE DE POSITION

Chapitre 3 :
ENERGIE CINETIQUE –ENERGIE DE
POSITION- ENERGIE MECANIQUE
I-L’énergie cinétique
●Un véhicule en mouvement possède une énergie cinétique.
1-Energie cinétique et masse
a-Etude graphique :
On a porté sur un graphique l’énergie cinétique de
différents véhicules en mouvement de masses
différentes roulant à une vitesse de 90 km/h, soit 25
m/s.
Attention ici la vitesse est constante, c’est la masse
du véhicule qui varie.
b-Exploitation graphique :
La représentation graphique de l’énergie cinétique en
fonction de la masse donne une droite : l’énergie
cinétique est donc proportionnelle à la masse.
Ec = k x m
c-Conclusion
L’énergie cinétique est donc proportionnelle à la masse.
2-Energie cinétique et vitesse
a-Etude graphique :
On a porté sur un graphique l’énergie cinétique d’un même véhicule de masse
2000 kg, en mouvement, roulant à différentes vitesses.
Attention ici la masse du véhicule est constante, c’est la vitesse du véhicule
qui varie.
Tracer l’énergie cinétique en fonction de la vitesse puis l’énergie cinétique en
fonction du carré de la vitesse (v2)
b-Exploitation graphique :
●La représentation graphique de l’énergie cinétique en fonction de la vitesse ne
donne pas une droite mais une courbe : l’énergie cinétique et la vitesse sont donc
deux grandeurs non proportionnelles.
●La représentation graphique de l’énergie cinétique en fonction du carré de la
vitesse donne une droite : l’énergie cinétique est donc proportionnelle au carré
de la vitesse.
c-Conclusion
●L’énergie cinétique est donc proportionnelle au carré de la vitesse.
3-Conclusion :
Un objet de masse m et animé d’une vitesse v possède une énergie de
mouvement, appelée énergie cinétique Ec :
Ec =
Ec en joule (J)
m en kilogramme (kg)
v en mètre par seconde (m.s-1)
2
x m x v
II-L’énergie de position (potentielle de pesanteur)
1-L’énergie de position (potentielle de pesanteur)
L’énergie de position (ou énergie potentielle de pesanteur) d’un objet de
masse m est l’énergie qu’il possède du fait de son interaction avec la Terre.
La valeur de cette énergie dépend de la position (ou altitude) de l’objet par
rapport à la Terre.
Epp = m x g x z
m en kilogramme (kg)
g en newton par kilogramme (N.kg-1)
z en mètre (m)
2-Exercices d’application :
● Exercice 1 :
Une pomme de masse 50 g se trouve à 1,5 m du sol.
Déterminer son énergie potentielle de pesanteur.
● Exercice 2 :
L’A380 de masse 400 tonnes, vole à une altitude de 10 km.
Déterminer son énergie potentielle de pesanteur.
III-L’énergie mécanique lors d’une chute.
1-Définition
●Pour tout corps qui chute, on définit l’énergie mécanique comme étant la
somme de l’énergie cinétique et l’énergie de position :
Em = Ec + Epp
2-Lors d’une chute d’un objet :
●Lors de la chute d’un objet, l’augmentation de son énergie cinétique
s’accompagne d’une diminution de son énergie de position.
●Si l’on néglige les frottements de l’air lors d’une chute, on pourra alors
considérer l’énergie mécanique constante au cours d’une chute.
3-Exercices d’application :
Un skieur part du haut de la montagne au point A et arrive en bas de la montagne
au point E.
A
●
C
●
●
B
D
●
E
●
1-Lors de la descente du skieur on néglige les frottements de l’air et de la neige.
Comment varie l’énergie cinétique, l’énergie de position et l’énergie mécanique du
skieur lors du trajet :
a-AB
b-BC
c-CD
d-DE
2-En supposant que les frottements ne sont plus négligés, sous quelle forme
d’énergie, l’énergie cinétique est-elle transformée ?
IV-Exercices d’application.
Exercice 1 : Conversion de vitesse.
1-1 Convertir les vitesses suivantes en m/s.
60 km/h, 90 km/h, 130 km/h.
1-2 Convertir les vitesses suivantes en km/h.
50 m/s, 25 m/s, 30 m/s.
Exercice 2 : Usain Bolt…et calcul d’énergie cinétique.
Usain Bolt détient le record du monde du 100 m avec un temps de 9,56 s.
2-1 Calcul la vitesse moyenne d’Usain Bolt lors de son 100 m.
2-2 Convertir cette vitesse en km/h.
2-3 Sachant que la masse d’Usain Bolt est de 86,0 kg, déterminer alors son
énergie cinétique atteinte lors de ce 100 m.
Exercice 3 : Calcul de la vitesse d’un TGV.
Le 26 mars, la SNCF a présenté officiellement la rame du record du monde à la
presse. Le TGV de masse 268 tonnes possédait alors une énergie cinétique de
2,70 x 109 J.
3-1 Déterminer alors la vitesse atteinte par le TGV lors de ce record du monde.
3-2 Convertir cette vitesse en km/h.
Exercice 4 : Calcul de la masse d’un A380.
Un avion se déplace à une vitesse de 1,25 x 10 3 km/h. Sachant que son énergie
cinétique en mouvement est de 1,0 x 1010 J.
4-1 Déterminer alors sa masse en kg
4-2 Déterminer alors sa masse en tonnes.