Situation initiale : 1/ Document 1 : Vidéos Crash Test « véhicule et avion » :

(1)

TP mécanique 3

^ème énergie cinétique NOM / prénom / classe :………

Objectifs :



Savoir de quoi dépend l’énergie cinétique d’un solide en translation. Trouver sa formule.



Faire le lien avec la sécurité routière et les crashs météoritiques.

Situation initiale :

1/ Document 1 : Vidéos Crash Test « véhicule et avion » :

Les véhicules doivent faire leurs preuves au crash test « EURO NCAP » pour pouvoir circuler. En effet, toute personne à l’intérieur de l’habitable doit être protégée au maximum en cas d’accident. Les véhicules les plus sécurisés obtiennent 5 étoiles.

a/ Quelques informations sur le port de la ceinture.

 Le non-port de la ceinture de sécurité est encore, en France, le troisième facteur de mortalité sur les routes après l’alcool et la vitesse(1).

 Les jeunes enfants sont particulièrement exposés et vulnérables : un choc sans ceinture, dès 20 km/h, peut leur être fatal.

 En 2006, si l'ensemble des conducteurs et passagers avaient attaché leur ceinture de sécurité, 424 vies auraient pu être sauvées(1).

 Cette règle de sécurité est malheureusement moins respectée à l'arrière qu'à l'avant : en

2006, près de 18% des passagers ne portaient pas leur ceinture de sécurité à l'arrière(1).

Sanctions : Amende forfaitaire de classe 4 de 135 euros. La sanction financière n’est rien devant le drame humain.

b/ Les conséquences du port ou non-port de la sécurité routière.

Le LAB (Laboratoire d’Accidentologie, de Biomécanique et d’étude du comportement humain) effectue des crash-tests scientifiques afin d’éprouver l’efficacité des dispositifs de sécurité dans la voiture, dont la ceinture de sécurité. Regarder aussi la simulation « Interactive Physics » sur le port de la ceinture

« La ceinture de sécurité permet de solidariser les occupants à l’habitacle du véhicule et d’absorber une partie de l’énergie du choc. Si votre corps est bien harnaché, vos organes internes subissent eux un choc brutal par inertie. Il peut se produire des arrachements de cœur ou de foie, des lésions cérébrales ou des hémorragies internes graves

2/ Document 2 : Energie cinétique d’une Twingo de 800 kg en fonction de sa vitesse.

3/ Document 3 : Energie cinétique d’un véhicule roulant à 10 m/s (36 km/h) en fonction de sa masse.

masse (kg) 800 1600 3000 5000

7000 Energie

cinétique (kJ)

40 100 150 250 350

Efficacité des dispositifs

de sécurité Choc frontal Tous chocs

Ceinture classique seul 45 % 40 %

Ceinture classique + air bag 50 % 43 %

Air bag seul Proche de 0 % 0 %

Vitesse (m/s) 5 10 15 20 25

Energie cinétique (kJ)

10 40 90 160 250

/30

R2: /2

R3: /4 R4: /7 R5: /3 R6: /1 R7: /30 F3: /6 I1: /3 I2: /2 I3: /2

(2)

Tony leparoux, Professeur de physique-chimie, Clg Frédéric Montenard

4/ Document 4 : Vidéos + documents du crash de météorites sur Mars et sur la Terre.

(3)

Matériel à votre disposition :

Deux objets identiques de masses différentes simulant des petites météorites, un bac à sable.

Question : Lors d’un choc, de quoi dépend la déformation observée dans le bac à sable ?

1/ Hypothèses : ( /2)

Note les Hypothèses, les réponses auxquelles tu penses.

2/ Expériences : ( /7)

1/ Propose une expérience qui validerait (ou pas) tes hypothèses. Tu utiliseras le matériel mis à ta disposition.

Appelle le professeur pour une validation ! 2/ Dessine ou schématise l’expérience réalisée.

3/ Note le résultat de l’expérience.

4/ L’énergie cinétique existe : comment la visualises-tu ?

3/ Etude de documents : ( /18)

Document 1 : ( /5)

1/ Lors d’un choc de véhicule, en quoi est transformée l’énergie cinétique ? 2/ Quel est l’intérêt de porter une ceinture de sécurité ?

3/ La déformation engendrée par le choc est-elle proportionnelle à la vitesse ? Document 2 : ( /8)

1/ Trace la courbe de l’énergie cinétique de la Twingo en fonction de sa vitesse v avec les données.

Tu mettras un titre, les noms des axes et tu indiqueras l’échelle choisie.

2/ Déduis-en, pour ton expérience, si la déformation dans le bac à sable est proportionnelle à la vitesse v ? Justifie ta réponse.

3/ En conséquence, l’énergie cinétique Ec est-elle proportionnelle à la vitesse v ? Justifie ta réponse.

4/ Lorsque la vitesse passe de 5 m/s à 20 m/s, elle est multipliée par 4.

Par combien l’énergie cinétique est-elle multipliée lorsque cette vitesse est quadruplée ? Document 3 : ( /5)

1/ Trace la courbe de l’énergie cinétique Ec en fonction de la masse.

Tu mettras un titre, les noms des axes et tu indiqueras l’échelle choisie.

2/ L’énergie cinétique est-elle proportionnelle à la masse ? Justifie ta réponse.

Document 4 : ( /2)

1/ Selon toi, donne les paramètres qui influent sur la taille du cratère ? 2/ Le trou (déformation observée) est relié à quels paramètres ?

4/ Conclusions : ( / 3)

Lors d’un choc, de quoi dépend la déformation (donc l’énergie cinétique) observée dans le bac à sable ?

Parmi les formules proposées, laquelle te semble la plus convenir ?

Ec = 

 m x v Ec = 

 m x v² Ec =

 √𝑚 ^x v Ec = 

 v ²

m

/2 R2

/2 R3

/2 R3 /2 R4 /1 R4

/1 I2 /2 I1 /2 I3

/3 F3 /2 R4 /1 R4 /1 R6

/3 F3

/1 R4

/1 I1 /1 I2

/3 R5

(4)

Tony leparoux, Professeur de physique-chimie, Clg Frédéric Montenard

Fiche de réponses aux questions 1/ Hypothèses:

………

2/ Expériences

 Expériences proposées:

1/………

………

3/ Etude de documents Document 1 :

1/………

2/………

3/ ………..

Document 2 :

2/………

………

3/………

……….

4/ 5 m/s  

20 m/s 10 kJ  ?...

160 kJ

Document 3 :

2/………

………

Document 4 :

1/………

………

2/……….

………

……….

Conclusions :

………

Ec = ………..

Réponses aux questions :

3/………

………

4/………

………

2/ Schéma :

(5)

5/ Applications directes

1/ Calcule l’énergie cinétique Ec de la météorite ayant provoqué le « Météor Crater » il y a 50000 ans.

………

2/ Compare ce résultat à l’énergie de la bombe A tirée par les américains sur les Japonais en aout 1945 :

 Energie de FAT MAN à Nagasaki : 84 TJ, soit 84 x 10¹² J

 Energie de Little BOY à Hiroshima : 63 TJ, soit 63 x 10¹² J

………

3/ Dans le document 2, il est indiqué que la météorite de Météor Crater (sur Terre) avait une énergie cinétique 715 fois supérieure à la bombe A Little Boy tirée sur Hiroshima. Vérifie-le.

………

4/ Dans le document 2, il est indiqué que la météorite tombée sur Mars avait une masse de 27 000 000 000 tonnes et une vitesse de 30 000 m/s.

Convertis les tonnes en kg et calcule l’énergie cinétique de cette météorite en utilisant les puissances de 10.

………

5/ A combien de bombes FAT Man tirée sur Nagasaki cette énergie correspondrait-elle ?

………

6/ Que pensez-vous de cette énergie ? Que se passerait-il sur Terre si une telle météorite tombait ?

………

7/ Calcule l’énergie d’un TGV circulant à 80 m / s (288 km/h). La masse du TGV atlantique est de 444 tonnes (444 000 kg).

………

8/ Calcule l’énergie cinétique d’un camion poids lourd de 44 tonnes (44 000 kg) circulant à 90 km/h sur route, soit 25 m/s.

………

9/ Calcule l’énergie d’un véhicule « Hummer » de 3 tonnes (3000 kg) circulant à 90 km/h, soit 25 m/s.

………

10/ Comparaisons impressionnates : une Twingo a une masse de 800 kg. Le plus grand rugbyman de tous les temps, Jonah Lomu (voir photo), mesurait 1 m 96 et faisait 130 kg. Il était capable de courir à une vitesse de 30 km/h, soit 8,3 m/s.

a/ Quelle est l’énergie cinétique de Jonah Lomu lancé à cette vitesse ?

………..

b/ Quelle serait la vitesse d’une Twingo ayant la même énergie cinétique ?

………

c/ Calcule l’énergie d’une petite météorite de 0.01 kg (un tout petit gravier), lancée à 30000 m/s ?

………

d/ Quelle serait la vitesse d’une Twingo de 800kg ayant la même énergie ?

………

e/ Quelle serait la vitesse d’un Hummer de 3000 kg ayant la même énergie ?

………

f/ Quelle serait la vitesse d’un camion poids lourd de 44 000 kg ayant la même énergie ?

………

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