Tony Leparoux, professeur de physique-chimie, Clg Frédéric Montenard
Chapitre 3 : De la gravitation à l’énergie mécanique
1/ Comment évolue l’énergie d’un objet qui tombe sur Terre ?
A/ Activité 1 : BD sur la chute des corps sur Terre.1/ Dans la première image, le petit personnage parle de « loi de la pesanteur ».
A quelle interaction fait-il référence ? C’est l’interaction gravitationnelle.
A quelle attraction est soumis l’objet ? Qui est responsable de cette attraction ? L’objet est soumis à l’action attractive à distance de la Terre sur l’objet : C’est le poids de l’objet.
On peut aussi supposer qu’il y a des frottements dus à l’air.
2/ Quelles sont les deux énergies citées dans cette BD ?
Il y a l’énergie cinétique liée à la vitesse et l’énergie potentielle ou énergie de position liée à l’altitude.
3/ Indique pour chaque énergie à quelle grandeur physique elle est reliée ?
Energie potentielle : altitude Energie cinétique : vitesse.
4/ Lors de la chute d’un objet, y a-t-il une conversion d’énergie ? Si oui, dans quel sens s’effectue cette conversion ?
Oui, il y a conversion de l’énergie potentielle en énergie cinétique (altitude diminue, vitesse augmente).
5/ Quelle énergie diminue au cours de la chute ? Quelle énergie augmente au cours de la chute ?
C’est l’énergie potentielle ou énergie de position qui diminue et l’énergie cinétique qui augmente.
B/ Activité 2 : Application aux barrages hydrauliques
Tony Leparoux, professeur de physique-chimie, Clg Frédéric Montenard Complète le texte ci-dessous à l’aide des documents ci-dessus :
Doc 2 et 4 : L’énergie hydroélectrique est principalement produite dans des zones montagneuses et représente environ 9.8% de l’énergie électrique en France.
Doc 3 : La raison de cette production en montagne est qu’il faut que l’eau soit en altitude pour qu’elle puisse chuter. Elle doit donc posséder une forte énergie de position Ep. Cette eau, en chutant dans une énorme canalisation, va faire tourner une turbine. Au cours de sa chute, les gouttes d’eau :
perdent de l’énergie de position Ep à cause de la baisse d’altitude.
gagnent de l’énergie cinétique à cause de l’augmentation de la vitesse.
Doc 1 et 3 : L’énergie mécanique est la somme de l’énergie cinétique et de l’énergie de position. Cette énergie mécanique reste constante au cours de la chute d’eau.
E
m= E
p+E
cEn France, l’électricité est produite de plusieurs manières : nucléaire (78,6 %), fossiles (10,4%), énergies électriques renouvelables (éolien, solaire…0,9%) et hydrauliques (9,8 %).
L’énergie hydraulique existe depuis le 19
èmesiècle.
En 2006, 447 barrages dont 220 exploités par EDF ont produit une énergie de 40,2 TWh.
Ec = 0 Ep = Em
Ec = Em Ep = 0
Tony Leparoux, professeur de physique-chimie, Clg Frédéric Montenard
C/ Bilan
Energie cinétique Ec + énergie de position Ep = énergie mécanique Em.
Cette énergie mécanique se conserve s’il n’y a pas de pertes par frottements, chaleur ou déformation. L’énergie s’exprime en joule (J).
L’énergie cinétique est reliée à la vitesse v et l’énergie potentielle est reliée à l’altitude h de l’objet.
En faisant un diagramme énergétique :
2/ Energie cinétique, sécurité routière, exemples.
A/ Activité : Distance d’arrêt, distance de freinage et distance de réaction Dr B/ Bilan
La distance de freinage dépend de la vitesse. Quand la vitesse double, la distance de freinage est multipliée par 4.
La distance d’arrêt est la somme de la distance de réaction et de la distance de réaction :
Distance de réaction : dépend du chauffeur, de son état de fatigue, de son alcoolémie, de la prise de drogue ainsi que de la vitesse du véhicule. En moyenne 1 à 2 secondes
Distance de freinage : dépend du véhicule, de l’état des pneus, de l’état des plaquettes de freins, de la vitesse, de l’adhérence, des conditions climatiques, Conversion de vitesse : 3.6 km/h = 1 m/s
Quelques repères : 50 km/h = 14 m 90 km/h = 25 m/s 130 km/h = 36 m/s
Lors du freinage, l’énergie cinétique se transforme en chaleur (énergie thermique) au niveau des freins mais aussi en légère déformation des plaquettes.
C/ TP sur l’énergie cinétique : crash de météorites et voiture.
D/ Bilan
La profondeur de l’impact d’une balle sur le sol augmente lorsque l’énergie cinétique Ec de la balle augmente.
L’énergie cinétique Ec augmente quand la masse m augmente et que sa vitesse augmente. Sa formule est :
Ec = 1
2 m x v²
Avec m en kg, v en m/s et Ec en joule (J).
L’énergie cinétique est donc proportionnelle à la masse m et au carré de la vitesse v².
C’est pour cela que la distance de freinage est multipliée par 4 quand la vitesse est multipliée par 2.
Lors d’un choc d’une voiture, l’énergie cinétique se transforme en déformation et chaleur et peut engendrer des blessures graves aux passagers. Il faut donc attacher sa ceinture et rouler prudemment en respectant les limitations.
