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L’énergie cinétique http://padlet.com/collegeliberte/Ec

Crash test : l’importance de la ceinture de sécurité. Vidéos 4, 6 et 8 1) Quel est le type d’énergie stockée par la voiture ? Justifier.

2) Compléter le texte en utilisant les mots : absorbée / l’énergie cinétique / éponge à énergie / absorbée /cinétique / thermique / déformation / l’énergie cinétique

Lorsqu’un véhicule est sur le point de percuter un obstacle, son énergie …………………………………………… (due à sa

vitesse) doit être …………….……………….…………… pour limiter les blessures des passagers.

Cas 1 : il n’y a que freinage sans choc.

…………..…………………………..…………… est transférée sous forme …………..………………………… au niveau des disques de frein

et du contact entre la route et les pneus.

Cas 2 : il y a freinage puis choc.

Une partie de …………………………………………………………..……… est transférée sous forme thermique au niveau des disques

de frein et du contact entre la route et les pneus et une autre partie est ………………….…….…………… lors de la …………………………………..…. de la carrosserie. La voiture agit alors comme une ……………..………………………………….……………

3) Quel dispositif de sécurité obligatoire les passagers d’un véhicule (avant ET arrière) doivent-ils utiliser pour absorber l’énergie cinétique ? Donner les deux éléments puis compléter la phrase suivante.

Les deux dispositifs :…………………………………………………………………………………. ;

Un passager non ceinturé dans la voiture est ………………………….……………………. vers l’avant lors d’un choc car il a aussi de l’énergie ………………………………………. La ceinture a donc pour but d’………………………………………………. cette énergie.

L’orgue de Casadéi. Vidéo 9

Un projectile, dont la vitesse est connue, vient heurter l’extrémité d’un tube, ce qui provoque sa déformation. On recommence l’expérience avec d’autres tubes identiques, en utilisant le même projectile, mais en faisant varier la vitesse de 0 à 90 Km/h. En plaçant tous les tubes côte à côte, on obtient « l’orgue de Casadei » (du nom d’un ingénieur de Renault) qui se trouve sur le document distribué.

On considère que le projectile ne se déforme pas.

Pourquoi peut-on dire que l’étude des déformations permet d’étudier l’énergie cinétique ?

Dispositif permettant de mesurer les déformations

Comme à chaque fois qu’une grandeur physique dépend de deux paramètres et que l’on veut étudier l’influence de ces paramètres sur la grandeur physique étudiée, on fixe un paramètre et on fait varier l’autre.

La voiture est en mouvement. Elle stocke donc de l'énergie cinétique.

cinétique

L'énergie cinétique thermique

absorbée

l'énergie cinétique

absorbée

déformation éponge à énergie

airbag et ceinture de sécurité

projeté

cinétique absorber

Toute l'énergie cinétique est absorbée lors de la déformation du tube.

Par conséquent, mesurer la déformation du tube permet de

quantifier indirectement l'énergie cinétique.

2

Etude de l’influence du paramètre 1. Paramètre fixé : Paramètre testé :

1) Donner un titre au graphique.

2) Calculer les rapports de la dernière colonne. Que peut-on en déduire ? Utiliser DONC.

3) Que peut-on déduire de cette courbe tracée ? Utiliser CAR.

Etude de l’influence du paramètre 2. Paramètre fixé : Paramètre testé :

4) Donner un titre au graphique.

5) Calculer les rapports de la dernière colonne. Que peut-on en déduire ? Utiliser DONC.

6) Que peut-on déduire de cette courbe tracée ? Utiliser CAR.

Masse (kg)

Déformation (mm)

Rapports : masse / déformation

0 0

8 17

10 21

12 25

14 29

16 33

18 38

20 42

Masse (kg)

Déformation (mm)

Vitessse (km/h)

Déformation (mm)

Rapport : vitesse / déformation

0 0

10 1

20 4

30 9

40 15

50 22

60 33

70 45

80 57

90 71

Vitesse (km/h)

Déformation (mm)

la vitesse v la masse m

8 : 17 = 0.471

10 : 21 = 0.476

12 : 25 = 0.480

14 : 29 = 0.483

16 : 33 = 0.484

18 : 38 = 0.473

20 : 42 = 0.476

Evolution de la déformation en fonction de la masse

Les rapports sont égaux (aux imprécisions près) DONC la déformation du tube est proportionnelle à la masse du projectile : l'énergie cinétique et la masse sont donc proportionnelles.

La déformation du tube est proportionnelle à la masse du projectile CAR la courbe est une droitequi passe par l'origine : l'énergie cinétique et la masse sont donc proportionnelles.

la masse m la vitesse v

Evolution de la déformation en fonction de la vitesse

10 : 1 = 10

20 : 4 = 5

30 : 9 = 3.33

40 : 15 = 2.67

50 : 22 = 2.27

60 : 33 = 1.82

70 : 45 = 1.56

80 : 57 = 1.40

90 : 71 = 1.27

Les rapports ne sont pas égaux DONC la déformation du tube et la vitesse du projectile ne sont pas proportionnelles : l'énergie cinétique et la vitesse ne sont donc pas proportionnelles.

La déformation du tube et la vitesse du projectile ne sont pas proportionnelles CAR même si la courbepasse par l'origine, elle n'est pas une droite : l'énergie cinétique et la vitesse ne sont donc pasproportionnelles.

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Comment calculer l’énergie cinétique ? Vidéo 11 Un objet de masse m, se déplaçant en translation à la vitesse v possède une énergie cinétique qui est

proportionnelle à la masse et au carré de la vitesse. (et non pas à la vitesse…)

Conversion kilomètre par heure - mètre par seconde.

Exercice 1. Calculer l’énergie cinétique d’une voiture roulant à 130 km / h et ayant une masse de 800 kg. Vidéo 11

Exercice 2. Utiliser les données des tableaux du cours (Orgue de Casadei). Paramètre 1. Que se passe-t-il si la masse triple ? Que peut-on en déduire ?

Paramètre 2. Que se passet-il si la vitesse triple ? Que peut-on en déduire ?

Exercice 3.

Après avoir dégagé la problématique soulevée par cette situation, vous construirez un raisonnement pour résoudre le problème posé. Attention à la rigueur du raisonnement et de la rédaction

EC= 𝟏𝟐 ´ m ´ v2

v (km / h) v (m / s)

÷ 3,6

× 3,6

PADLET sur la proportionnalité

http://padlet.com/collegeliberte/propor

Un camion roule à une vitesse v, égale à 90 km/h.

Sa masse, m, est 10 tonnes.

Quelle est son énergie cinétique ?

Formule : Ec = 𝟏𝟐

´ m ´ v2

Application numérique (AN) : - Données utiles : Ø m = 10 t donc m = 10 x 1000 kg soit m = 10 000 kg

Ø v = 90 km / h donc v = 𝟗𝟎𝟑,𝟔m / s = 25 m / s

- Calcul : - Ec = 0,5 ´ 10 000 kg ´ (25 m/s)2 donc Ec =3 125 000 J (Ou Ec = 0,5 ´ 10 000 kg ´ 25 m/s ´ 25 m/s donc Ec = 3 125 000 J)

Conclusion : L’énergie cinétique du camion est 3 125 000 J

Il y a une voie de chemin de fer juste devant la banque…

On peut peut-être faire dérailler le wagon d’un train pour défoncer la vitrine de la banque ! On va envoyer Ma pour qu’elle nous rapporte

quelques informations.

Sur cette ligne de chemin de fer située devant la banque, il ne circule que des trains de marchandise. Ils desservent la mine du village voisin. A l’aller, quand les trains vont à

la mine, les wagons sont vides. Chaque wagon a une masse 1,2 tonne et le train passe à 110 km/h devant la

banque. Au retour, les wagons sont plein de charbon : ils ont chacun une masse de 10 tonnes, mais le train ne

circule qu’à 30 km/h.

Ec est

m est

v est

l'énergie cinétique en Joule (J)

la masse en kilogramme (kg)

la vitesse en mètre par seconde (m/s)

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Exercice 4. Cocher les bonnes réponses. p L’énergie cinétique est dissipée durant le freinage. p L’énergie cinétique est dissipée pendant que la voiture parcourt la distance de réaction. p L’énergie cinétique est proportionnelle à la vitesse. p L’énergie cinétique est proportionnelle à la masse. p Quand la vitesse double, l’énergie cinétique ne varie pas. p Quand la vitesse double, l’énergie cinétique est multipliée par quatre. p Quand la vitesse triple, l’énergie cinétique triple aussi. p Quand la vitesse triple, l’énergie cinétique est multipliée par neuf.

Exercice 5. Solar Impulse. (Source : phys19140) L’avion solaire Solar Impulse 2 a bouclé en juillet 2016 un tour du monde sans utiliser une seule goutte de carburant. C’est le premier avion capable de voler jour et nuit avec l'énergie solaire.

1) Relier les formes d’énergie et modes de transfert d’énergie à leur utilisation à bord de Solar Impulse. Vidéo 3

Transfert thermique par rayonnement p p Utilisé pour le fonctionnement des moteurs Énergie chimique p p Liée à l’altitude de l’avion

Transfert électrique p p Transféré par le Soleil Énergie cinétique p p Stockée dans une batterie

Énergie potentielle p p Stockée par l’avion en mouvement

2) Compléter la chaîne énergétique (vol de jour) en utilisant le document 2 et les termes proposés. Vidéo 12

• Énergie cinétique (Ec) • Énergie chimique • Énergie nucléaire • Hélice / Soleil / Batterie • Transfert électrique : We • Transfert mécanique : Wm • Transfert par rayonnement : R

3) Élaborer la chaîne énergétique pour un vol de nuit. Vidéo 12

4) Justifier que l’énergie potentielle de position de l’avion diminue en début de nuit.

5) Calculer l’énergie cinétique de l’avion lors du vol de nuit. (Attention aux unités). Vidéo 11

Document n°1. Fiche technique Ø Masse : 2300 kg 
 Ø Motorisation : 4 moteurs électriques de 13 kW chacun Ø 4 batteries au lithium 
 Ø 17000 cellules solaires 
 Ø Vitesse : 90 km/h de jour, 60 km/h de nuit

Cellule photovoltaï

que Moteur

Document n°2. 
L’appareil utilise essentiellement l’énergie transférée (travail électrique) par des panneaux solaires. 
Le jour, le pilote effectue une lente ascension pour atteindre une couche d’atmosphère plus fine. Les cellules solaires alimentent les quatre moteurs électriques de l’avion et rechargent les quatre batteries qui stockent l’énergie sous forme chimique. 
Dès que l’énergie transférée à l’avion par le Soleil ne permet plus de maintenir l’altitude de vol, le pilote entame une descente progressive. Les moteurs, alors alimentés par les batteries, permettent ensuite de maintenir un vol à altitude constante jusqu’au matin. Et lorsque le Soleil se lève, l’appareil peut de nouveau entamer son ascension, et le cycle recommence.

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