Exercices

que toutes les énergies sont transférées en des quantités identiques.

que l'énergie transférée vers un convertisseur est égale à la somme des énergies transférées depuis ce convertisseur.

que l'énergie transférée depuis le réservoir initial de la chaine est égale à la somme des énergies transférées vers le(s) réservoir(s) en fin de chaine.

8

En trottinette.

1. Réalise la chaine énergétique de Sylvain lorsqu'il s'élance en trottinette.

2. Calcule son énergie cinétique lorsqu'il avance à 12 km/h.

9

En camion.

1. Représente la chaine énergétique des plaquettes de frein.

2. Calcule l'énergie cinétique que possède le camion initialement.

10

L'énergie éolienne.

✔︎ Compétence : Comprendre et interpréter des tableaux



À l'aide de la chaine énergétique d'une éolienne, réponds aux questions suivantes :

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Lancer de ballon.

Laura lance un ballon de rugby verticalement vers le haut. Elle observe alors le mouvement de ce ballon. Dans un premier temps, il s'élève en perdant de la vitesse. À son altitude maximum, sa vitesse s'annule un instant, puis il redescend avec de plus en plus de vitesse.

12

Freinage d'une roue de vélo.

Réalise cette expérience chez toi : retourne ton vélo et fais tourner la roue de devant. Appuie progressivement sur le frein avant.

1. Observe le mouvement de la roue. Comment varie la vitesse de celle-ci lorsque tu appuies sur le frein ?

2. Quelle est l'énergie mise en jeu lors du mouvement de la roue ?

3. Lorsque la roue est arrêtée, touche la partie du frein située à côté de la roue. Qu'observes-tu concernant sa température ?

4. Réalise une chaine énergétique contenant les éléments suivants : frein, roue, environnement.

13

Course dans la savane.

✔︎ Compétence : Pratiquer le calcul numérique et le calcul littéral

Dans la savane, une lionne rattrape un gnou. Ils se déplacent tous les deux à 80 km/h.
Données : masse d'une lionne : m_lionne = 130 kg masse d'un gnou : m_gnou = 250 kg

1. Calcule l'énergie cinétique de la lionne.

2. Calcule l'énergie cinétique du gnou.

3. Lequel des deux animaux doit convertir le plus d'énergie pour atteindre 80 km/h ? Justifie ta réponse à l'aide des énergies cinétiques calculées précédemment.

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Le pendule.

✔︎ Compétence : Interpréter des résultats

Un pendule est un système composé d'une bille suspendue au bout d'une corde qui peut se balancer. On écarte la bille de sa position d'équilibre puis on la lâche. Le pendule se met en mouvement.

15

Le pendule.

Pour recharger son téléphone, Djibril branche son chargeur au secteur et alimente la batterie du téléphone. Il constate un échauffement après quelques heures.

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Sur mon skate !

Paolo se déplace sur son skate en ligne droite à une vitesse de 10 km/h. Il pèse 75 kg.

1. Détermine l'énergie cinétique que possède Paolo lorsqu'il est en mouvement.

Timéo observe une montagne russe. Grâce à son smartphone, il détermine que la vitesse du train en bas d'une descente est de 28 m/s. Chaque train avec ses passagers pèse 4 000 000 g. Timéo constate qu'en remontant, la vitesse du train diminue progressivement et que celui-ci termine à l'arrêt lorsqu'il a fini de remonter.

Marty va faire du saut à l'élastique et se filme en train de réaliser son saut. Il détermine qu'il atteint une vitesse de 14 m/s juste avant que l'élastique ne soit tendu. Marty pèse 75 000 g.

Pour améliorer son coup droit, Norah utilise un lance-balles qui lui envoie des balles de tennis à une vitesse de 5 m/s. Chaque balle pèse 58,5 g. Pour tester l'appareil, Norah tire les balles verticalement. Elle observe également que la vitesse des balles diminue lorsqu'elles gagnent de l'altitude. On considère que l'énergie de position de la balle est nulle au moment où la balle sort du lance-balles.

1. Calcule l'énergie cinétique de la balle de tennis lorsqu'elle sort du lanceur.

2. Décris l'évolution de l'énergie cinétique de la balle lors de sa montée. Que devient cette énergie ?

3. Calcule, en détaillant ton raisonnement, la valeur de l'énergie de position de la balle lorsqu'elle atteint son altitude maximale.

Pour remplacer les lampes à incandescence gourmandes en énergie, les fabricants de luminaires ont conçu les lampes fluocompactes. Pour une ampoule de 40 W fonctionnant pendant 1 seconde, l'énergie se répartit en : 6 J pour alimenter les électrodes à l'intérieur de la lampe, 19 J en énergie lumineuse visible et le reste en énergie thermique.

1. Calcule l'énergie électrique fournie à l'ampoule fluocompacte pendant 1 seconde.

2. À l'aide de la conservation de l'énergie, déduis la quantité d'énergie thermique convertie par la lampe.

L'énergie de position est également appelée énergie potentielle de pesanteur. Son expression est donnée par la relation : Ep = m × g × h en N, avec g = 9,8 N/kg, m en kg et h en m.

1. À l'aide de son expression, donne les paramètres dont dépend l'énergie potentielle de pesanteur.

2. Calcule l'énergie potentielle de pesanteur dans les cas suivants : a. un corps de 1 kg à 1 m d'altitude. b. un corps de 1 kg à 10 m d'altitude. c. un corps de 20 kg à 1 m d'altitude. d. un corps de 20 kg à 10 m d'altitude.

Un joule représente l'énergie de position perdue par une masse de 100 g qui tombe d'un mètre. On fait tomber une bille de 100 g qui possède initialement une énergie totale de 10 J.

1. Calcule l'énergie de position, cinétique et totale de la bille après 1 m, 2 m, 5 m et 10 m.

2. Trace le graphique des énergies de position, cinétique et totale en fonction de l'altitude de la bille.

3. Calcule la vitesse atteinte par la bille lorsqu'elle touche le sol.

En faisant son footing, Claire, qui a une masse de 50 kg, regarde sa vitesse sur une application de son smartphone. L'application indique 13 km/h.

En ville, la vitesse est limitée à 50 km/h. Une des campagnes de sensibilisation de la sécurité routière disait : « Un choc à 50 km/h équivaut à une chute d'un immeuble de quatre étages. »

À l'aide d'un capteur, on enregistre la vitesse et l'énergie cinétique de l'ensemble « un scooter et son conducteur ». On obtient 3 mesures :

• à 30 km/h, Ec = 5,85 kJ
• à 50 km/h, Ec = 16,55 kJ
• à 90 km/h, Ec = 52,65 kJ

Il existe dans le commerce des gobelets autochauffants qui permettent de réchauffer des boissons sans besoin de réchaud. Dans un compartiment sous le gobelet, il y a deux espèces chimiques séparées par un film : de l'hydroxyde de calcium d'un côté et de l'eau de l'autre. En rompant ce film, la réaction entre les deux espèces chimiques génère de l'énergie thermique qui permet de chauffer le gobelet et la boisson.

1. Représente la chaine énergétique du gobelet autochauffant.

La conservation de l'énergie s'opère également dans le monde du vivant. Les plantes réalisent la photosynthèse. La photosynthèse permet à la plante de convertir l'énergie lumineuse du Soleil en formant du glucose et du dioxygène. Ces deux substances constituent un réservoir d'énergie chimique qui est stocké dans les cellules et dans l'environnement. Cette conversion s'accompagne d'une augmentation de la température des feuilles de la plante.

1. À l'aide du texte, représente la chaine énergétique du processus de photosynthèse.

2. Utilise tes connaissances sur le développement des végétaux pour associer aux différents processus biologiques d'un arbre les conversions et transferts d'énergie qui leur correspondent.

Au sein des muscles de notre corps, environ 20 % de l'énergie chimique qu'apporte le sang est convertie en énergie mécanique et 80 % en énergie thermique.

1. Représente la chaine énergétique d'un muscle.

2. Pour une énergie chimique de 150 kJ, calcule la valeur de l'énergie mécanique et de l'énergie thermique transformées.

1. En attendant les voitures 100 % électrique, les véhicules hybrides sont aujourd'hui parmi les moins gourmands en énergie. À l'aide des documents, représente la chaine énergétique complète du moteur hybride de voiture.

1. Si au cours du mouvement d'un objet, ses positions successives sont équidistantes, alors :

La vitesse de l'objet augmente.

L'objet reste immobile.

La vitesse de l'objet reste constante.

L'objet accélère.

1. En t'aidant du

bilan n°4

ainsi que de recherches sur internet, rédige sur un ordinateur un texte illustré en expliquant le fonctionnement d'une centrale nucléaire, depuis l'Uranium dans le réacteur jusqu'à l'électricité distribuée au réseau électrique.

1. En effectuant des recherches sur internet, retrouve les autres types de centrales qui permettent de produire de l'électricité en France. Pour chacune des centrales, tu devras donner des avantages et des inconvénients liés à leur utilisation.
Ex : les centrales nucléaires produisent de l'énergie par fission nucléaire donc elles n'émettent pas de gaz à effet de serre. En revanche, les produits de fission sont en général radioactifs et dangereux pour l'être humain.

Pour vérifier à quel point un système convertit bien l'énergie, on utilise une grandeur appelée rendement. La relation mathématique donnant le rendement est : r (en %) = \dfrac{\text{énergie convertie utile (en J)}}{\text{énergie entrante (en J)}} \times 100.

1. Un moteur électrique convertit 50 J d'énergie électrique en 35 J d'énergie thermique et 15 J d'énergie mécanique. Calcule le rendement de ce moteur électrique.

1. Trace le graphique de l'énergie cinétique en fonction de la masse à l'aide des valeurs du tableau.

2. Nomme la propriété que possède l'énergie cinétique par rapport à la masse.

Pour recharger son téléphone, Djibril branche son chargeur au secteur et alimente la batterie du téléphone. Il constate un échauffement après quelques heures.

La professeur de Physique-Chimie demande à Aurélie d'ouvrir le volet de la fenêtre à côté de son bureau. Il s'agit d'un volet fonctionnant avec une manivelle.

Marine et Damien se promènent en vélo et Damien dit : « En pédalant, je détruis de l'énergie chimique et je crée de l'énergie mécanique. »

1. Quels sont les erreurs de vocabulaire liées à la phrase de Damien ?

2. Comment Marine peut-elle corriger la phrase de Damien pour la rendre correcte du point de vue de la conservation de l'énergie ?

Convertis les énergies suivantes dans les autres unités :

1. 20 J=

mJ =

kJ
2.

J= 553 mJ =

kJ
3.

J = 

mJ = 3 750 kJ
4. 59,4 J =

mJ =

kJ
5.

J = 0,73 mJ =

kJ
6.

J =

mJ = 0,03 kJ
7. 98 x 10² J =

mJ =

kJ
8.

J = 8,6 x 10^(3) mJ = 

kJ
9.

J =

mJ = 0,150 x 10^-2 kJ

Sur le parcours Paris-Lyon de 430 km, la vitesse de pointe d'un TGV peut être de 300 km/h, soit 83,3 m/s. Son énergie cinétique est alors de 1 340 MJ.
Données : 1 MJ = 1 000 000 J. \text{E}_\text{c} = \dfrac{1}{2} \: m \: v^{2}

1. Calcule la masse de ce TGV.