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p. 1-11
1. Constitution et transformations de la matière
Constitution de la matière à l'échelle microscopique et macroscopique
Ouverturep. 12-13
Modélisation des transformations de la matière et transfert d'énergie
Ouverturep. 108-109
2. Mouvement et interactions
Mouvement et interactions
Ouverturep. 212-213
3. L'énergie, conversions et transferts
L'énergie : conversions et transferts
Ouverturep. 276-277
4. Ondes et signaux
Ondes et signaux
Ouverturep. 318-319
Méthode
Annexes
Rabats de début
Rabats
Lexique
p. 415
Rabats de fin
Rabats
/ 415
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Chapitre 15
Exercices

Pour s'échauffer - Pour commencer

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Savoir-faire - Parcours d'apprentissage

Pour commencerDifférenciationPour s'entraînerPour aller plus loin
Savoir calculer une énergie cinétique ou potentielle
13
Savoir calculer le travail d'une force de frottement
17
Exploiter le théorème de l'énergie cinétique
11
17
31
Exploiter la conservation ou non-conservation de l'énergie mécanique
13
14
15
16
17
20
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Pour s'échauffer

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Données

  • Origine des énergies potentielles : niveau de la mer ;
  • Intensité du champ de pesanteur : g = 9,81 N·kg-1.
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5
Énergie cinétique

Calculer l'énergie cinétique du footballeur Kylian Mbappé, dont la masse est de m = 78 kg, lorsqu'il atteint sa vitesse maximale de 32,4 km·h-1.

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6
Énergie cinétique

Calculer la vitesse d'un train de masse m = 19 tonnes ayant une énergie cinétique de 1 450 MJ.
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7
Énergie potentielle de pesanteur

Calculer l'énergie potentielle de pesanteur d'un moineau de masse m = 20 g placé sur une ligne haute tension située à 30 m du sol.
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8
Énergie mécanique

Placeholder pour Photographie d'un dromadaire chargé marchant dans le désert, guidé par un homme en djellaba.Photographie d'un dromadaire chargé marchant dans le désert, guidé par un homme en djellaba.

Calculer l'énergie mécanique d'un dromadaire de masse m = 350 kg se déplaçant à la vitesse de 2,0 km·h‑1 sur une dune de sable haute de 100 m.
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9
Travail d'une force

Calculer le travail du poids d'un alpiniste de 80 kg lorsqu'il gravit l'Everest haut de 8 848 m depuis le camp de base à 5 150 m.
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10
Travail d'une force

Calculer le travail fourni par un système soumis à une force motrice constante de 120 N et se déplaçant en ligne droite sur une distance de 2,0 km.
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Pour commencer

Énergie mécanique, cinétique et potentielle

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11
Calculer une variation d'énergie cinétique

✔ MATH : Calcul littéral (résoudre une équation)

Placeholder pour Photographie d'un lanceur des Mets de New York lançant une balle. Il porte l'uniforme rayé blanc et bleu, numéro 39.Photographie d'un lanceur des Mets de New York lançant une balle. Il porte l'uniforme rayé blanc et bleu, numéro 39.

Une balle de baseball d'une masse de 120 g est lancée avec une vitesse de 30 m·s-1. Au cours de son mouvement, sa vitesse diminue progressivement jusqu'à 20 m·s-1 et son altitude ne varie pas.

1. Calculer la variation d'énergie cinétique de la balle.

2. En déduire le travail des forces de frottement.
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12
Décrire l'évolution d'une grandeur physique

✔ RAI/ANA : Associer les unités de mesure à leur grandeur

Pour un corps de masse m en mouvement à la vitesse v :

1. Choisir, parmi les graphiques proposés, celui qui correspond à l'évolution de l'énergie cinétique en fonction de la vitesse. Justifier.


Graphiques montrant l'évolution de différentes énergies


2. Lequel correspond à l'évolution de l'énergie cinétique en fonction de la masse m ? Justifier.
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13
Exploiter un graphique pour identifier une inconnue

✔ VAL : Exploiter numériquement un ensemble de mesures

Une plongeuse de 50 kg, assimilée à un point matériel, saute depuis un tremplin dans une piscine. Des mesures ont été effectuées afin de représenter l'évolution au cours du temps de l'énergie potentielle de pesanteur de la plongeuse par rapport à la surface de l'eau, l'altitude de cette surface sera donc prise comme référence.

1. Parmi les deux graphiques proposés, lequel correspond à l'évolution de l'énergie potentielle de pesanteur de la plongeuse au cours du temps ? Justifier.

2. Déterminer la hauteur du plongeoir.

Graphiques présentant des évolutions d'énergie

Données
  • Intensité du champ de pesanteur : g = 9,81 N·kg-1.
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A
La ceinture de sécurité

✔ MATH : Calcul littéral (résoudre une équation)

L'énergie cinétique que peut absorber une ceinture de sécurité est d'environ 45 \times 10^3 J.

1. La ceinture de sécurité est-elle efficace pour un choc frontal dans le cas d'un conducteur de 80 kg roulant à 80 km·h-1 ? On fera l'approximation que toute l'énergie cinétique du conducteur est transférée à la ceinture lors d'un choc supposé instantanné.

2. La ceinture de sécurité est-elle encore efficace quand la vitesse est doublée ?

3. A partir de quelle vitesse n'est-elle plus efficace ?
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Une notion, trois exercices
Différenciation

Exploiter la conservation ou non-conservation de l'énergie mécanique
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Au point de penalty situé à d = 11 m de la ligne de but, le joueur tape le ballon en direction du centre du but avec une vitesse initiale v_{0} = 11,5 m·s-1. Pour remporter le point, le ballon doit franchir la ligne de but en \text{A} (d ; z_{\text{A}}). La référence de l'énergie potentielle de pesanteur est prise à l'origine du repère et l'intensité du champ de pesanteur est égale à g = 9,81 N·kg-1. Le ballon a une masse m = 650 g.
D'après un sujet Bac S, 2015.
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Doc. 1
La panenka
Antonin Panenka est un footballeur tchécoslovaque qui a donné son nom à une technique de tir de penalty : la panenka. Le ballon est frappé doucement pour prendre une trajectoire en cloche.
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Doc. 2
Trajectoire du ballon lors d'une panenka
Trajectoire du ballon lors d'une panenka
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Doc. 3
Évolution des énergies lors du tir panenka
Évolution des énergies lors du tir panenka


Évolution des énergies mécanique, cinétique et potentielle de pesanteur du ballon lors du tir.
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14
La panenka (1)

✔ RAI/ANA : Utiliser des documents pour répondre à une problématique

1. Doc. 3 Associer à chaque courbe la forme d'énergie correspondante. Justifier.

2. L'énergie mécanique se conserve-t-elle ? Justifier.

3. a. Déterminer graphiquement la valeur de E_{\mathrm{pp}}(\mathrm{A}), énergie potentielle de pesanteur du ballon en \text{A.}

3. b. En déduire la valeur de z_{\mathrm{A}}.

4. a. À partir des réponses aux questions 2. et 3., montrer que v_{\text{A}}=\sqrt{v_{0}^{2}-2 g \cdot z_{\text{A}}}.

4. b. En déduire la valeur v_{\text{A}} de la vitesse du ballon lorsqu'il franchit la ligne de but.

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15
La panenka (2)

✔ RAI/ANA : Utiliser des documents pour répondre à une problématique

1. Le ballon est-il soumis à des forces de frottement ?

2. Exprimer la valeur de v_{\mathrm{A}} en fonction de v_{0}, de l'énergie E_{\mathrm{pp}}(\mathrm{A}) et de la masse du ballon. Estimer sa valeur.
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16
La panenka (3)

✔ RAI/ANA : Utiliser des documents pour répondre à une problématique

À partir des documents et de vos connaissances, exprimer la vitesse v_{\text{A}} du ballon en fonction de la vitesse initiale v_{0} et des énergies cinétique E_{\text{c}}(0) et potentielle de pesanteur E_{\mathrm{pp}}(\mathrm{A}). Estimer sa valeur.
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