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Physique-Chimie 1re

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Exercices




Savoir-faire - Parcours d'apprentissage

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
DIFF
17
20

Énergie mécanique, cinétique et potentielle


Supplément numérique
A
La ceinture de sécurité

MATH : Calcul littéral (résoudre une équation)

L’énergie cinétique que peut absorber une ceinture de sécurité est d’environ 45×10345 \times 10^3 J.

1. Quelle est l'énergie cinétique du conducteur lors du choc ?


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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12
Décrire l’évolution d’une grandeur physique

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

Pour un corps de masse mm en mouvement à la vitesse vv :

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 mm ? 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

Donnée

  • Intensité du champ de pesanteur : g=g = 9,81 N·kg-1.
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11
Calculer une variation d’énergie cinétique

MATH : Calcul littéral (résoudre une équation)

Une balle de baseball lancée par un joueur

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.

Pour commencer

Une notion, trois exercices


DIFFÉRENCIATION
Savoir-faire : Exploiter la conservation ou non-conservation de l’énergie mécanique

14
La panenka (1)

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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 Epp(A)E_{\mathrm{pp}}(\mathrm{A}), énergie potentielle de pesanteur du ballon en A.\text{A.}


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


4. a. À partir des réponses aux questions 2. et 3., montrer que vA=v022gzA.v_{\text{A}}=\sqrt{v_{0}^{2}-2 g \cdot z_{\text{A}}}.


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


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.

Doc. 2
Trajectoire du ballon lors d’une panenka

 Trajectoire du ballon lors d’une panenka
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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 vAv_{\mathrm{A}} en fonction de v0v_{0}, de l’énergie Epp(A)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 vAv_{\text{A}} du ballon en fonction de la vitesse initiale v0v_{0} et des énergies cinétique Ec(0)E_{\text{c}}(0) et potentielle de pesanteur Epp(A).E_{\mathrm{pp}}(\mathrm{A}). Estimer sa valeur.

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.

Au point de penalty situé à d=d = 11 m de la ligne de but, le joueur tape le ballon en direction du centre du but avec une vitesse initiale v0=v_{0} = 11,5 m·s-1. Pour remporter le point, le ballon doit franchir la ligne de but en A\text{A} (d(d ; zA).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=g = 9,81 N·kg-1. Le ballon a une masse m=m = 650 g.

D'après un sujet Bac S, 2015.

Pour s'échauffer

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8
Énergie mécanique

Un dromadaire sur une dune de sable

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


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.


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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Données

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

5
Énergie cinétique

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


6
Énergie cinétique

Calculer la vitesse d’un train de masse m=m = 19 tonnes ayant une énergie cinétique de 1 450 MJ.


7
Énergie potentielle de pesanteur

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