Sommaire
Séquence 2Les différentes formes d’énergies d’un objet qui chute
Liens entre énergie et sécurité routière
Séance 1 Pourquoi l’eau d’un barrage acquiert-elle de la vitesse au cours de sa chute ?1– L’expériencedumoulinàeau2– L’eaudulacd’unbarrage
Séance 2 Qu’est-ce que l’énergie cinétique ? L’expression de l’énergie cinétique
Séance 3 Quel lien existe-t-il entre l’énergie cinétique, l’énergie de position et l’énergie mécanique ?
1– Unepremièreapprochedulienentrel’énergiecinétiqueetl’énergiede position2– Conversionsd’énergies
Séance 4 Énergie et sécurité routière1– Commentetenquoipeutsetransformerl’énergiecinétique?2– Lescrash-tests
Séance 5 Pourquoi la vitesse est-elle dangereuse ?Élémentsdesécuritéroutière
Remarque :
Dans cette séquence, la fin du trait vertical orange t’indique la fin de l’exercice et que tu dois aller vérifier tes réponses dans le livret de corrigés.
—©Cned,Physique - Chimie 3e38
©Cned,Physique - Chimie 3e— 39
Séance 1Pourquoi l’eau d’un barrage acquiert-elle de la vitesse
au cours de sa chute ?
A Que vais-je apprendre dans cette séance ?
Danscetteséance,tuvasdécouvrircequ’estl’énergiecinétique,sonorigineetlesconditionsdesonapparition.
Tudécouvrirasaussiuneautreformed’énergie,l’énergiedepositionainsiquelesfacteursquilagénèrent.
B Je découvre
Activité expérimentale
L’expérience du moulin à eau
Exercice 1Observe les photos, lis les commentaires des figures 1 et 2, puis réponds aux questions posées par des phrases rédigées. Étudie ensuite la correction.
Fig. 1 Fig. 2
Onversedel’eausurlespalesd’unmoulin.Lemoulinsemetàtourner.
Onélèvelahauteurdechutedel’eauenmaintenantlemêmedébitd’eau.Lemoulintournealorsplusvite.
1-Àquoiestduelachutedel’eausurlespalesdumoulin?
......................................................................................................................................
2-Entrelaphotodelafigure1etlaphotodelafigure2,qu’est-cequiaétéchangédansleréglagedumontage?
......................................................................................................................................
Séquence 2séance1—
—©Cned,Physique - Chimie 3e40
3-Comparelemouvementdespalesdesdeuxmoulinsdanslesdeuxcas(photosdesfigures1et2).
......................................................................................................................................
4-a)Comparelesvitessesdel’eauaumomentducontactaveclespalesdumoulin (photosdesfigures1et2).
......................................................................................................................................
b)Commentvarielavitessedel’eauaucoursdelachute?
......................................................................................................................................
Cetteénergieliéeau mouvementsenommel’énergiecinétique,notéeEc.
5-Rédigeunparagrapheenobservantlesdeuxphotos,etenutilisantlesmots:énergiecinétique,hauteuretvitesse.
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
Étude de document
Exercice 2L’eau du lac d’un barrage
Observe attentivement l’illustration, puis fais l’exercice. Étudie ensuite la correction.
Séquence 2 —séance1
©Cned,Physique - Chimie 3e— 41
1-Quelleestladifférenced’altitudeentrelasurfacelibredel’eaudulacderetenueetlaturbine?
......................................................................................................................................
2-Pourquoil’eaudulacs’écoule-t-elledanslaconduiteforcée?
......................................................................................................................................
3-Rappellelenomdel’énergiequiestàl’originedumouvementderotationdelaturbine?
......................................................................................................................................
4-Surleschéma,auniveaudulacderetenue,apparaîtuneautreformed’énergie.Commentsenomme-t-elle?Commentsenote-t-elle?
......................................................................................................................................
5-Siladifférenced’altitudeétaitde200m,queferaitlaturbineetcommentévolueraitl’énergiecinétiquedel’eauarrivantàsoncontact?Justifie.
......................................................................................................................................
6-Pourquoidit-ondecettenouvelleformed’énergiequ’elleest« de position »?
......................................................................................................................................
•Unobjetenmouvementpossèdeune énergie de mouvementappeléeénergie cinétiqueetnotéeEc.
•Unobjetdemassemaunpoidsquiestresponsabledumouvement de chute.
•Dufaitdesonpoidsetdesapositionparrapportausol,l’eauestcapabledechuter.
•Cetteformed’énergieestappeléeénergie de positionetsenoteEp.
j e retiens
Séquence 2séance1—
—©Cned,Physique - Chimie 3e42
C Je vérifie mes connaissances
Exercice 3
Coche la bonne réponse puis vérifie la correction.
Oui Non1- Unobjetenmouvementpossède-t-ildel’énergie
cinétique? ® ®
2-L’énergiecinétiqueest-elledifférentedel’énergiedemouvement? ® ®
3-Est-cequec’estlepoidsd’unobjetquiestresponsabledesonmouvementdechute? ® ®
4-Peut-ondirequepluslamassed’unobjetestimportanteplussonénergiecinétiqueaugmenteencasdechute? ® ®
5-L’énergiedemouvementsenote-t-elleEm? ® ®
6-L’énergiecinétiqueaugmente-t-elleaucoursd’unechute? ® ®
7-L’énergiedepositionsenote-t-elleEp? ® ®
8-L’énergiedepositiondépend-elledelavitesse? ® ®
9-L’énergiedepositionaugmente-t-elleaveclahauteurdechute? ® ®
10-Unobjetposésurlesolpossède-t-ildel’énergiedeposition? ® ®
11-Lorsqu’unegouttedepluietombe,est-cequesavitesseaugmenteetsonaltitudediminue? ® ®
12-Lorsqu’unegouttedepluietombe,est-cequesonénergiedepositionEpaugmenteetsonénergiecinétiqueEcdiminue?
® ®
Exercice 4Unbarragehydrauliqueestunouvrageconstruitsurlechemind’unfleuveouàproximitéd’unlac.
Laretenued’eaupeutatteindredeshauteursdel’ordredelacentainedemètres.
1-QuelleactionproduitlaTerresurl’eaud’unbarrage?
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
2-Àmesurequeleniveaudel’eaudubarragemonte,quelleestl’énergiequivarie?Dansquelsensetpourquoi?
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
3-Quandlaturbineestenfonction,quelleformed’énergieluia-t-ontransmise?
......................................................................................................................................
Séquence 2 —séance1
©Cned,Physique - Chimie 3e— 43
4-Onsouhaiteproduireplusd’énergieauniveaudelaturbine.Commentdoitévoluerlavitessedel’eauauniveaudelaturbine?
......................................................................................................................................
5-Commentobtenirunevitessedel’eauplusimportanteauniveaudelaturbine?
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
6-Quelleconséquencedégages-tuconcernantl’améliorationdesperformancesdanslaconstructiond’unbarragehydraulique?
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
7-Rédigeunparagraphedeconclusionutilisantlesmotssuivants:barrage,énergiecinétique,énergiedeposition,hauteurdechute,vitessedel’eau.
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
Séquence 2séance1—
—©Cned,Physique - Chimie 3e44
Séance 2Qu’est-ce que l’énergie cinétique ? L’expression de l’énergie cinétique
A Que vais-je apprendre dans cette séance ?
je sais déjà
Danslaséance1,tuasdécouvertl’énergiecinétiqueEcetdessituationsdanslaquelleelleintervient(barrage,chute).
Lemouvementestunedesconditionsdesonapparition.Finalement,c’estlavitessequiestlagrandeurphysiqueassociéeaumouvement.
Pourcetteséancetuaurasbesoindesavoir:
• calculer(usagedespuissancesde10),
• utilisertacalculatrice,
• utiliseruneformuleavecdescarrés,
• exprimercorrectementunrésultat,
• exploiterlesinformationsd’ungraphique.
ce que je vais apprendre dans cette séance
Danscetteséance,tuvasdécouvrirquel’énergiecinétiqueEcdépendd’uneautregrandeurphysique,lamasse.
Ainsionpourraaborderl’expressionmathématiquedecetteénergie.
Séquence 2 —séance2
©Cned,Physique - Chimie 3e— 45
B Je découvre
Étude de document n° 1
Exercice 5
Lis attentivement le document de la figure 1, fais l’exercice, puis étudie le corrigé.
L’expression de l’énergie cinétique
Figure 1
1- Recopiel’expressionmathématiquedel’énergiecinétiqueaveclesunités.
2-Àquelleconditionunobjetpeut-ilposséderdel’énergiecinétique?
......................................................................................................................................
3-Deuxvéhiculesroulentàlamêmevitessev.Ont-ilslamêmeénergiecinétique?Pourquoi?
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
4-Siondoublelamasse,qu’enest-ildel’énergiecinétique?
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
Séquence 2séance2—
—©Cned,Physique - Chimie 3e46
Étude de document n° 2
Exercice 6Observe attentivement le document de la figure 2, fais l’exercice, puis étudie le corrigé.
Énergie cinétique : Influence de la vitesse et de la masse
900
800
600
400
200
0 20 40 60 80 100
Énergie cinétique (kJ)
Vitesse (km/h)100
300
500
700
120 140
+ ++
++
++
+
+
+
+
+
+
++
+
+
+
+
+
+
+
+Véhicule de 2400 kg
Véhicule de 1000 kg
+ Å
Ç
É
Ñ
Ö
?
?
?
?
?
Évolution de l’énergie cinétique en fonction de la vitesse pour deux véhicules de masse 2400 kg et 1000 kg.
Figure 2
1-Surlespanneauxdesécuritéroutière,lesvitessesnesontpasindiquées.Indique-lesencomplétantci-dessous:
åv=……………………………..
çv=……………………………..
év=……………………………..
èv=……………………………..
êv=……………………………..
Séquence 2 —séance2
©Cned,Physique - Chimie 3e— 47
Séquence 2séance2—
2-Déterminegraphiquementlavaleurdel’énergiecinétiqued’unevoiturede1000kgroulant
•àlavitessede50km/h
......................................................................................................................................
•àlavitessede100km/h
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
3-L’énergiecinétiqued’unvéhiculequirouleàlavitessede50km/hest-ellemultipliéepar2sisavitesseestmultipliéepar2?Aide-toidugraphique.
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
4-Dansquelleunitéexprime-t-onl’énergiecinétiquesurlegraphique?(Donnelesymboledecetteunité).
......................................................................................................................................
5-Onutiliselejouleetaussilesmultiples:kilojoule(kJ)etmégajoule(MJ).
Convertis:
1kJ=………….……...J=10…J (en puissance de 10) 1MJ=………….……...J=10…J
6-Toujoursd’aprèslegraphique,déterminelavaleurdel’énergiecinétiquepourlevéhiculede2400kgroulantàlavitessede50km/h.
......................................................................................................................................
7-Quelledoitêtrelavitesseduvéhiculedemasse1000kgpouratteindrel’énergiecinétiqueobtenueàlaquestionprécédente?
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
• Unobjetenmouvementpossèdedel’énergiecinétiquenotéeEc.•Silamasseou/etlavitessedel’objetaugmententalorsl’énergiecinétiqueaugmente.•Larelation mathématiqueexprimantl’énergiecinétiqued’unobjetenfonctiondesa
massemetdesavitessevest:
•Danslesmesuresd’énergie,onutiliseaussidesmultiplesduJoule(J):1kJ=103J1MJ=106J
j e retiens
—©Cned,Physique - Chimie 3e48
C Je vérifie mes connaissances
Exercice 7
Coche la case correspondant à ta réponse, puis vérifie la correction.
Oui Non1- L’énergiecinétiqueest-elleproportionnelleàla
masse? ® ®
2-Ecest-illesymboledel’énergiecinématique? ® ®
3-Unobjetaurepospossède-t-ildel’énergiecinétique? ® ®
4-L’énergiecinétiqued’unobjets’obtient-elleparlesproduitsd’undemi,parlamasse,etparlecarrédelavitesse?
® ®
5-Dansl’expressionmathématiquedel’énergiecinétique,lavitesses’exprime-t-elleenkm/h? ® ®
6-Dansl’expressionmathématiquedel’énergiecinétique,lamasses’exprime-t-elleengramme? ® ®
7-Endoublantlavitesse,est-cequ’onquadruplel’énergiecinétiqued’unobjetenmouvement? ® ®
8-L’unitédel’énergiecinétiqueest-ellelejoule? ® ®
9-Lesymboledujouleest-ilj? ® ®
10-Est-ceque1000J=1mJ? ® ®
11-L’énergiecinétiqueest-elledonnéeparEc=
12 2
mv
? ® ®
12-Unobjetde1kgsedéplaçantàlavitessede1m/spossède-t-iluneénergiede0,5joule? ® ®
Exercice 8
1-Écrisl’expressionmathématiquedel’énergiecinétiqued’unvéhiculeenmouvementenfonctiondesamassem,desavitessev,etindiquepourchaquegrandeurphysique,lenom,l’unitéetlesymboledel’unité.
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
Séquence 2 —séance2
©Cned,Physique - Chimie 3e— 49
2-Pourapprendreàconvertir50km/henm/s,complètelespointilléssuivants,puisretienslaméthodeprésentée.
Consulte le livret de corrigés, puis refais la méthode sans regarder le modèle, et ce, jusqu’à ce que tu réussisses.
3-Calculel’énergiecinétiqued’unvéhiculed’unetonnesedéplaçantàlavitessede50km/h.
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
Exercice 9
Unélèveutilisesonvélopourserendreàsoncollège.Ilrouleà20km/h.
L’élèveaunemassede50kgetlevélode20kg.
1-Convertislavitesseenmètreparseconde.
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
2-Calculel’énergiecinétiquedel’élèvesursonvélo.
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
Séquence 2séance2—
—©Cned,Physique - Chimie 3e50
Séance 3Quel lien existe-t-il entre l’énergie cinétique, l’énergie de
position et l’énergie mécanique ?
A Que vais-je apprendre dans cette séance ?
je sais déjàTudoisavoirentêtelesnotionsabordéesdanslesprécédentesséancesdecetteséquence.
• Unobjetenmouvementpossèdeune énergie de mouvement appeléeénergie cinétiqueetnotéeEc.
• Unobjetdemassemaunpoidsquiestresponsabledumouvement de chute.
• Dufaitdesonpoidsetdesapositionparrapportausol,l’eauestcapabledechuter.
• Cetteformed’énergieestappeléeénergie de positionetsenoteEp.
• Larelation mathématiqueexprimantl’énergiecinétiqued’unobjetenfonctiondesa
massemetdesavitessevest:(Ec=
12
2 m v ).
ce que je vais apprendre dans cette séance• Danscetteséance,tuvasdécouvrirquepourunobjetquichute,sonénergiede
positionetsonénergiecinétiquesontliées.
• Celienferaressortiruneautreformed’énergiedontondégageraunenouvellerelationmathématique.
B Je découvre
Activité expérimentale N° 1
Une première approche du lien entre l’énergie cinétique et l’énergie de position
Exercice 10Prends connaissance de la situation, réponds aux questions posées par des phrases rédigées. Puis étudie la correction.
Présentation de la situation
• Onlâcheunebillesans vitesse initiale, position (1),àunehauteurhdusol.
Séquence 2 —séance3
©Cned,Physique - Chimie 3e— 51
• Sonmouvementestenregistréparunesériedephotosprisesà intervalles de temps réguliers.
• Laduréeentrechaquephotoestidentique,onlanoteτ(lettregrecquequiselittau).• Cettetechniquephotographiqueestappeléelachronophotographie.• Onareproduitci-dessouslesdifférentespositionssuccessives(numérotéesde1à9)de
labillependantsachute.1-Quesignifientles
expressions: « sans vitesse initiale » .........................................
.........................................
......................................... « intervalles de temps
réguliers » .........................................
.........................................
.........................................
2-L1-2représenteladistance parcourueparlabillependantsachuteentrelespositions(1)et(2).
MesurelesdistancesL1-2àL8-9enutilisantlesgraduations(encm)etenreportantsurlafigure1,lesvaleursarrondiesaummprès.
3-Commentvarieladistanceparcouruependantdeuxintervallesdetempssuccessifs?
.........................................
.........................................
......................................... Fig. 1
4-Enconclurecommentvarielavitessedelabilleaucoursdesachute.
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
5-Parmiles9positionsdelafigure1,laquellecorrespondàuneénergie cinétiquelaplusgrande?Pourquoi?
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
6-Parmiles9positionsdelafigure1,laquellecorrespondàuneénergie cinétiquelapluspetite?Pourquoi?
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
Séquence 2séance3—
—©Cned,Physique - Chimie 3e52
7-Parmiles9positionsdelafigure1,laquellecorrespondàuneénergie de positionlaplusgrande?Pourquoi?
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
8-Parmiles9positionsdelafigure1,laquellecorrespondàuneénergie de positionlapluspetite?Pourquoi?
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
9-Rédigeuncommentairesurlafaçondontvariel’énergiecinétiqueEcetl’énergiedepositionEpdanslecasdelachutedelabille.
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
Activité expérimentale N° 2
Conversions d’énergies
Poursuivonsnotreprogressionaveclasituationdelabillequichute.
Pourlasuitedenotretravail,nousallonsraisonnersurunevaleurd’énergiedepositionEpégaleà1joule.
L’expressionmathématiquedel’énergiedepositionest:
Ep=mxgxhavec
• menkilogramme,
• gennewtonparmètre,ilvaut9,81N/kg.
• henmètre
Cette relation n’est pas au programme, aussi tu n’as pas besoin de la retenir.
Exercice 11
Réponds aux questions posées au fur et à mesure, puis étudie la correction.
Onvasimplementutiliserl’expressionci-dessuspourcalculerunemassedelabille.
1-Enutilisantl’expressionmathématiquedel’énergiedeposition,calculelamassed’unobjetsituéàunmètredehauteuretpossédantuneénergiedepositionégaleà1joule.
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
Séquence 2 —séance3
©Cned,Physique - Chimie 3e— 53
2-Onchercheàdéterminerlavitessedelabilleaumomentdesoncontactaveclesol.L’expressionmathématiquesuivantefournitlemoyendelacalculer:
a)Calculelavitessedelabillesachantqu’aumomentducontactaveclesol,ellevientdeparcourirunehauteurhdechutevalantunmètre.
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
b)Convertiscettevitesseenkm/hpourmieuxsaisirsavitesseaumomentducontactaveclesol.
......................................................................................................................................
3-Calculemaintenantlavaleurdel’énergiecinétiqueaumomentducontactaveclesol.
......................................................................................................................................
4-Onretrouveunevaleurd’énergiedéjàévoquée.
Rassemblelesélémentsdanscetableauetcomplète-le.
5-Observelesvariationsdel’énergiedepositionetl’énergiecinétiqueaucoursdelachutedelabille.Neretrouves-tupasuneobservationdéjàformulée?
......................................................................................................................................
6-Onvamaintenants’intéresseràunepositionintermédiairedelabille.
Labillevientdechuterde50cm.Elleestdoncàmi-coursedesonparcours.
CalculonsEpetEcàcetteposition.
Pourcela,complèteleslignesenutilisantlesrelationsdesquestions1et2,appliquéesàunebilledemassem=0,102kgetsituéeàunehauteurde0,50m.
• Ep=......................................................................................................................
• v=..............................………d’oùEc=
1
2 xmxv²=…………………….…………
Séquence 2séance3—
—©Cned,Physique - Chimie 3e54
7-Nousdisposonsmaintenantde3positionsdelabilledontlesvaleursdel’énergiecinétiqueetdepositionsontconnues.
Rassemblecesvaleursdansletableauetcomplète-le.
Ep Ec Ep + Ec
Bill
e
enhautaumilieuenbas
8-ConcernantEp + Ec:
• Queconstates-tuauniveaudesvaleursEp + Ec?
......................................................................................................................................
• Quellepeutêtrel’unitédelanouvellegrandeurEp + Ec?
......................................................................................................................................
• Retrouvedansletitredecetteséancelenomdecettenouvellegrandeurphysique.
......................................................................................................................................
9-Onchercheàdonneruneimagesimpledecequereprésenteuneénergiede1 joule.Pourcela,ilestpossibledes’appuyersoitsurl’énergiedepositionEp,soitsurl’énergiecinétiqueEc.
Pourchaqueformed’énergie,proposeunedéfinitiond’uneénergiede1Jencomplétant:
•Parl’énergiedepositionEp:Unjoule,c’estl’énergie de positionquepossèdeunebilledontlamassevaut……….…..,placée……………………….……...mètre.
•Parl’énergiecinétiqueEc:Unjoule,c’estl’énergie cinétiquequepossèdeunebilledemasse………………..chutant……………….………….…mètre.
•Danslecasd’unechute,l’énergie de position notéeEp estpeu à peuconvertieenénergie cinétiquenotéeEc.
•L’énergiepeutrevêtirplusieurs formes:l’énergiecinétique(Ec),l’énergiedeposition(Ep)etl’énergiemécanique(Em).
•L’énergiedeposition(Ep)estliéeàlahauteur,l’énergiecinétique(Ec)estassociéeaumouvement(vitesse)d’unobjet.
•L’énergiemécanique(Em)d’unobjetquichuteestlasommedesonénergiedeposition(Ep)etdesonénergiecinétique(Ec),d’oùlarelation:Em = Ec + Ep
•Aucoursdelachuted’unobjet,l’énergiedemouvementacquise(ouénergiecinétique)s’accompagned’unediminutiondesonénergiedeposition,maissonénergietotale,appeléeénergie mécaniqueesttoujourslamême,onditquel’énergiemécaniquese conserve.
j e retiens
Séquence 2 —séance3
©Cned,Physique - Chimie 3e— 55
C Je vérifie mes connaissances
Exercice 12
Réponds par oui ou non. Puis vérifie la correction.
Oui Non1- Danslecasd’unechute,l’énergiecinétiqueest-elle
peuàpeuconvertieenénergiedeposition? ® ®
2- Peut-ondirequel’énergiedeposition(Ep)estliéeàlahauteuretquel’énergiecinétique(Ec)estliéeaumouvementd’unobjet?
® ®
3- Peut-ondirequesansmouvement,unobjetenhauteurnepossèdepasd’énergie? ® ®
4- Peut-ondirequelanouvelleénergierencontréesenoteEm,c’estl’énergiemagnétique. ® ®
5- Aucoursdelachuted’unobjet,lasommeEp+Ecreste-t-elleconstante? ® ®
6- L’énergiemécaniqueseconserve-t-elleaucoursd’unechute? ® ®
7- L’unitélégaledel’énergiemécaniqueest-ellelekilojoule? ® ®
8- Est-ilvraiqu’aucoursdelachuted’unobjet,l’énergiedepositionaugmente,l’énergiecinétiquediminueetl’énergiemécaniqueresteconstante?
® ®
9- Unjoule,est-cequec’estl’énergiecinétiquequepossèdeunebillede100genvironplacéeàunehauteurd’unmètre?
® ®
10-Unjoule,est-cequec’estl’énergiedepositionquepossèdeunebillede100genviron,placéeàunehauteurd’unmètre?
® ®
Séquence 2séance3—
—©Cned,Physique - Chimie 3e56
Exercice 13
Unélèveconstruitunmoulinàeaudontlapartieprincipaleestforméed’unerouedotéedepalescommepouruneturbine.
Pourfairetournersonmoulinàeau,ildisposededeuxendroitssurunerivière,enmilieumontagneux,enamontouenaval.
1-Quelleformed’énergiepossèdel’eaud’unlacenmilieumontagneux?
......................................................................................................................................
2-Quelleénergieacquiertl’eaudelarivièrependantsonécoulement?
......................................................................................................................................
3-Quelleestl’originedecetteénergie?
......................................................................................................................................
4-Enconsidérantlecomportementdel’eau(écoulement)semblableàceluidelachuted’unobjet,quepeux-tudiredel’énergiemécanique?
......................................................................................................................................
5-Aucontactdespalesdumoulin,préciselesformesd’énergiesprésentesetlestransfertsd’énergiequis’yproduisent.
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
Séquence 2 —séance3
©Cned,Physique - Chimie 3e— 57
6- Entrelesdeuxendroitspossibles,amontetaval,lequelpermetd’obtenirunfonctionnementoptimumdumoulin.Justifietaréponseenargumentantentermesd’énergie.
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
Exercice 14
Uneballede55gestrenvoyéeparunjoueurdetennisverslehaut.
Aumomentdurenvoi,laballeaunevitessede51m/s.
1-Quelleformed’énergiepossèdelaballejusteaumomentdurenvoi?
......................................................................................................................................
2-Calculesonénergiecinétique:
......................................................................................................................................
3-Quellesconversionsd’énergieseproduit-ilpendantlamontéeetpendantladescentedelaballe?
......................................................................................................................................
4-Commentévoluel’énergiemécaniquedelaballependantsonmouvement?
......................................................................................................................................
Séquence 2séance3—
—©Cned,Physique - Chimie 3e58
Séance 4Énergie et sécurité routière
A Que vais-je apprendre dans cette séance ?
je sais déjà
Pourcettedernièreséance,tuaurasbesoind’utilisertesconnaissancesafin:
• d’extrairedesinformationsd’undocument(photographies,texte),
• d’exprimercorrectementunrésultat,calculer,utiliseruneformule.
Lescontenussurl’énergie,destroisprécédentesséancesserontaussiréinvestis.
ce que je vais apprendre dans cette séance
• Danscetteséance,tuvasdécouvrirunefaçondeconvertirl’énergiecinétiqued’unvéhicule,ainsiqueleseffetsobservablesencasdechocaccidentel.
• Onpoursuivraaussinotreétudesurlesdifférentesformesquepeutrevêtirl’énergieetsesmodesdeconversion.
Séquence 2 —séance4
©Cned,Physique - Chimie 3e— 59
Activité expérimentale n° 1
Comment et en quoi peut se transformer l’énergie cinétique ?
Exercice 15Observe le document, réponds aux questions, puis étudie la correction.
Fig. 1 © Photodisc
Lorsd’unfreinage,latempératuredufreinàdisquepeutatteindre250°C(ilestportéaurouge).Pourune«formule1»,ellepeutmêmeêtreplusimportantelorsd’unfreinagebrusque.Lorsdufreinage,l’énergiecinétiqueesttransforméeenénergiethermique.1-Dansunvéhicule,quelestl’élémentquiestàl’originedel’énergiecinétique?
......................................................................................................................................
2-Lachaleurestaussilamanifestationd’uneautreformedel’énergie.Dansla«formule1»,quelestl’élémentdelarouequiintervientauniveaudelaconversiondel’énergie?
......................................................................................................................................
3- Commentnomme-t-onl’énergiequisemanifesteparlachaleur?
......................................................................................................................................
4- Rédigeunephraseprécisantlafaçondonts’opèrecetteconversiond’énergieauniveaudela«formule1».
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
5-Quelleseralavitessedela«formule1»quandl’intégralitédesonénergiecinétiqueauraététransféréeauxdisquesdefreins?Justifie.
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
Séquence 2séance4—
—©Cned,Physique - Chimie 3e60
Activité expérimentale n° 2
Les crash-tests
Exercice 16Lis le texte de la figure 2, réponds aux questions, puis étudie la correction.
Fig. 2
1-Enquoiconsisteuncrash-test?
......................................................................................................................................
2-Quellegrandeurphysiquefait-onvarierentredeuxcrash-tests?
......................................................................................................................................
3-Quelleformed’énergiepossèdelevéhiculejusteavantsonchoccontrelemur?
......................................................................................................................................
4-Entrelesdeuxmoments,avantetaprèsdechoc,commentévoluel’énergiecinétiqueduvéhicule?
......................................................................................................................................
5-L’énergienedisparaîtpas,maissetransfère.
Commentsemanifestecetransfertd’énergiecinétiqueaumomentduchoc?
......................................................................................................................................
6-Complète:
Plusla……….……duvéhiculeestgrande,plussonénergiecinétique……………….etplusletransfert……………intervenantdanslesdéformationsduvéhiculeest……………...........
7-Quevaut-ilmieuxutiliserpourunconducteuretsespassagers?Unvéhiculeavecdesmatériauxsolidesetsouventlourds(exemplepare-chocmétallique)ouplutôtunvéhiculeavecdesmatériauxmoinsdensesetquiabsorbentl’énergieencasdechoc.Justifie.
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
Séquence 2 —séance4
©Cned,Physique - Chimie 3e— 61
8-SurInternet,consultelesitesuivanthttp://www.crash-test.org/etobservedesphotosdecrash-testspourtefaireuneidéeplusconcrète.
Tupourraspeut-êtretrouverlecompte-renduducrash-testdetavoiture!
•Lefreinaged’unvéhiculepermetdeconvertirunegrandepartiedel’énergiecinétiqueenénergiethermique.
•Encasd’accidentavecchoc,cetteénergiecinétiqueproduitdesdéformationsdelacarrosserieetdesautresélémentsduvéhicule.
•L’énergiepeutrevêtirdifférentesformesetsetransformerd’uneformeàl’autre.
j e retiens
C Je vérifie mes connaissances
Exercice 17
Coche la bonne réponse, puis vérifie la correction.
Oui Non1- Lefreinageconvertit-ilunegrandepartiede
l’énergiecinétiqueenénergiethermique? ® ®
2- Lavaleurdel’énergiecinétiqueest-elleplusgrandeaprèslefreinagequ’avant? ® ®
3- Est-cequependantlefreinage,latempératuredesdisquesdiminueetlavitesseaugmente? ® ®
4- L’énergiethermiquesemanifeste-t-elleparuneaugmentationdelatempérature? ® ®
5- L’unitédel’énergiethermiqueest-ellelejoule? ® ®
6- Est-cequel’énergiedisparaîtpuisréapparaît? ® ®
7- Est-cequel’énergieprésenteplusieursformesetsetransformed’uneformeàl’autre? ® ®
8- Lejouleest-ill’unitédel’énergiedeposition,del’énergiecinétique,del’énergiemécaniqueetdel’énergiethermique?
® ®
9- Encasd’accidentd’unvéhiculeavecchoc,l’énergiethermiqueproduit-elledesdéformationsdelacarrosserieetdesautresélémentsduvéhicule?
® ®
10-Lescrash-testspermettent-ilsd’améliorerlasécuritédesfutursvéhicules? ® ®
Séquence 2séance4—
—©Cned,Physique - Chimie 3e62
Exercice 18
Unaccidentmetencausedeuxcyclistes.LecyclisteAvientdepercuterparl’arrièrelecyclisteBquivenaitdes’arrêteraufeurouge.PoursedéfendrelecyclisteAjurequ’ilafreiné.LarouearrièreducyclisteBestvoilée.
1-Préciselesconversionsd’énergiequisesontproduitesauxmomentsdufreinage,puisduchoc.
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
2-QuepeutfairelecyclisteBpourvérifierquelecyclisteAabienfreiné?
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
Exercice 19
Lanavettespatialeparticipeàlaconstructiondelastationspatialeinternationale(ISS).PendantsesretourssurTerre,lanavettedoittraverserlescouchesatmosphériques,cequiapoureffetdelafreiner.
1-Préciselaconversiond’énergiequiseproduitaumomentdelatraverséedescouchesatmosphériques.
.............................................................
.............................................................
.............................................................
.............................................................
2-Destuilesréfractairesontétéinstalléessurlanavette.
Ent’appuyantsurlaconversiond’énergiedelaquestionn°1,expliquel’intérêtdecestuilesréfractaires.
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
Séquence 2 —séance4
©Cned,Physique - Chimie 3e— 63
Exercice 20
Unvéhiculede1500kgrouleàlavitessede130km/h.
1-Déterminelavaleurdesonénergiecinétique(notéeEc).
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
2-Aprèsfreinage,lavitessechuteà90km/h.
Déterminelavaleurdesonénergiecinétique(notéeEc’).
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
3-Lesdisquesdefreinssesontéchauffés,pourquoi?
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
4-Calculelavaleurdel’énergietransféréeauxfreins,appeléeaussivariationd’énergiecinétiqueetnotée∆Ec(∆estunelettregrecquequiselitdelta).
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
5-Avantlefreinage,latempératuredesfreinsétaitde40°C,onlanote(Ti).
Ensupposantquelatotalitédelavariationd’énergiecinétiquesoitconvertiesousformedechaleur,déterminelatempératuredesdisquesdefreinsaprèsfreinage(Tf)enutilisantlarelationsuivante:
Tf–Ti=
ΔEc
6900avec
• Tf:températurefinaledesdisquesdefreins
• Ti:températureinitialedesdisquesdefreins
• ∆Ec:variationdel’énergiecinétiqueliéeaufreinage.
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
Séquence 2séance4—
—©Cned,Physique - Chimie 3e64
Séance 5Pourquoi la vitesse est-elle dangereuse ?
A Que vais-je apprendre dans cette séance ?
je sais déjàASSR, BSR, ASR, quelques précisions !
Dansleprogrammede5e,tuasentenduparlerdel’ASSR;l’attestationscolairedesécuritéroutièredeniveau1.
Leniveau2constituelapartiethéoriqueduBSR(brevetdesécuritéroutière).
LeBSRoptioncyclomoteur,estindispensablepourconduireàpartirde14 ans,uncyclomoteur.
LapartiepratiqueduBSRcomporte5hdeconduitesurlavoiepublique.
Cetteformationestassuréepardesmoniteursd’auto-écoleagréésparlespréfectures.
L’ASSR de niveau 2estaussiindispensablepourseprésenterau permis de conduire.
Enl’absencedel’ASSR,depuisjanvier2004ilexistel’ASR,(l’attestationdesécuritéroutière)pourlesjeunessortisdumilieuscolaireouenformationparcorrespondance.
L’ASRpermetalorsdeseprésenterauBSRetaupermisdeconduire.
Abordonsmaintenantlaséance.
Tusaisqu’ilexistedesliensentrelasécuritéroutière(piéton,cycliste,motocycliste,conducteur)etlaphysiquechimie.
Citonsparexemple:
• lecircuitendérivationdanslecasdel’éclairaged’unvélo,d’uncyclomoteur.
• lanotiond’énergieélectrique(pile,alternateurdevélo).
PourcettedernièreséancedeMécaniqueduprogrammede3e,tuaurasbesoind’utiliserlesconnaissancessuivantes,oud’êtrecapablede:
• extrairedesinformationsd’undocument,
• exploiterdesdocumentsrelatifsàlasécuritéroutière(textes,schémas,graphiques),
• exprimercorrectementunrésultat,calculer,utiliseruneformule.
ce que je vais apprendre dans cette séanceLesconnaissancesscientifiquesutiliséesdanscetteséancetepermettrontdedécouvrirlesnotionssuivantes:
• L’arrêtd’unvéhicule,sesphases,
• Lelienentreladistancedefreinageetlavitesse,
• Lesfacteursquiinfluencentladuréederéaction,ladistancederéactionetladistancedefreinage.
Séquence 2 —séance5
©Cned,Physique - Chimie 3e— 65
B Je découvre
Étude de document
Exercice 21Observe, lis attentivement les 5 documents, puis réponds aux questions.
Éléments de sécurité routièreDocument n° 1 : l’arrêt d’un véhicule
Fig. 1L’arrêt d’un véhicule
Document n° 2 : Quelques repères et notions sur le vocabulaire de la sécurité routièreLorsqueleconducteurvoitunobstacle,c’estledébutdelaphase de réaction.Pourqueleconducteurréagisse,l’informationperçueparsesyeuxdoitd’abordêtretransmiseaucerveaupuisanalysée.Celui-cienvoiealorsunmessageauxmuscles,enréponseàlasituation.C’estalorsquedébutelaphasesuivante:laphase de freinage.Pendantcesdeuxphases,desduréessesontécouléesetdesdistancesontétéparcourues.Onnotanttpourunedurée,etDpourunedistance,oninstallealorslesécrituressuivantes:
Durées : t Distances : DLaphasedeRéaction tR:laduréederéaction DR:ladistancederéaction
LaphasedeFreinage tF:laduréedufreinage DF:ladistancedefreinage
L’Arrêt tA:laduréed’arrêt DA:ladistanced’arrêt
Celanousamèneàdégagerdeuxobservations:• PendantladuréetRdelaphasederéaction,levéhiculeparcourtladistanceDR,appelée
distancederéaction.• Ilestfacileaussideconstaterque:DA = DR + DFetquetA = tR + tF
Faisons«parler»lapremièredecesrelationsafindeluidonnerdavantagedesens.
«La distance d’arrêt DAd’unvéhiculeestégaleàlasommedeladistancederéactionDRduconducteuretdeladistancedefreinageDF».
Séquence 2séance5—
Phase d’arrêt
Phase de réaction Phase de freinage
Distance d’arrêt : DA
Distance de réaction : DR Distance de freinage : DF
durée de réaction : tR durée de freinage : tF
—©Cned,Physique - Chimie 3e66
Document n° 3 : La durée de réaction
Poursaisirconcrètementcettenotion,tuvasfaireunepetiteexpérience.
Pourcela,réunisunefeuilledepapierA4,unerègle,uncrayonetunepairedeciseaux.
Surlafeuille,tracepuisdécoupeunebandede5cmdelargeursurlatotalitédelafeuille(soit29,7cmdelongueur).
Maintenant,demandeàunepersonnedet’aider.Elledoitmaintenirlabandeverticalementàl’unedesesextrémités,entrelepouceetl’indexetlalâchersansteprévenir.Tonrôleconsisteàl’attraperaussientrelepouceetl’index.
Queconstates-tu?
Unefoislabandeattrapée,observelaquantitédepapierquit’a«glissé»entrelesdoigts.Salongueur«matérialise»ton temps de réaction tR.
Commetupeuxlevoir,lalongueur(doncletempsderéaction),varied’unessaiàl’autre,voired’unepersonneàl’autre.Ensituationdeconduite,iln’yagénéralementpasplusieursessais,maisunseul,etcen’estpasunjeu!
Voicirassembléesdansletableau,desdistancesetdesduréesderéactionsuivantplusieursvitesses.
Enmoyenne, la durée de réaction est d’une seconde.
Vitesse 45 km/h 70 km/h 130 km/hDistanceparcouruependant1s 12m 20m 36mDistanceparcouruependant2s 25m 40m 72mDistanceparcouruependant3s 36m 60m 108m
Ilexistedesfacteursquiaugmententcettevaleurcommeparexemple:l’alcool,ladrogue,lesmédicaments,l’inattention(téléphoneportable),lafatigue.
Document n° 4 : Comment évolue la vitesse du véhicule pendant la phase de réaction ?
Étantdonnéqueleconducteurn’agitpassurlevéhicule(freinageouaccélération),onestimequesavitessevnevariepas(vulafaibledurée,del’ordredelaseconde).
LadistanceDRparcouruependantcettephases’obtientparlarelation:
DR=v×tRavec
• DRenmètre(m),
• venmètreparseconde(m/s),
• tRenseconde(s).
Séquence 2 —séance5
©Cned,Physique - Chimie 3e— 67
Document n° 5 : De quoi dépend la distance de freinage DF ?
Cegraphiqueprésentel’évolutiondeladistancedefreinageenfonctiondelavitesse,parbeautempsetpartempspluvieuxpourunvéhiculedemasse1300kg.
L’étatdelarouterecouvredessituationsdutype:verglas,neige,pluie,feuilles.
Iln’estpasleseulfacteuragissantsurladistancedefreinage.
Ilyaaussil’entretienduvéhicule(étatdespneus,desfreins),etlatechniquedefreinageduconducteur(rouesbloquéesounon).
Fig. 2
Document 1.1-Nommelesdeuxphasessuccessivesaucoursdel’arrêtd’unvéhicule.Traduiscette
questionparunerelationutilisantlesdistances.
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
Documents 1, 2 et 4.
2-Àquoicorrespondlapremièrephase?Commentvarielavitessedurantcettephase?
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
3-Àquoicorrespondladeuxièmephase?Commentvarielavitessedurantcettephase?
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
Document 3.
4-Unconducteurrouleà70km/h.Quellevaleuradmet-on,enmoyenne,commeduréederéaction?Quelledistanceparcourt-ilpendantcettedurée?
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
5-Quelleestlarelationdonnantladistancedparcourueconnaissantlavitessevetladuréetduparcours?Préciselesunités.
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
6- Commentconvertir3,6km/henm/s?
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
7-Calculeladistanceparcourueparunevoitureroulantà90km/hpendantuneduréederéactionde2s.
......................................................................................................................................
Séquence 2séance5—
—©Cned,Physique - Chimie 3e68
Documents 5 et 3.
8-Ladistancedefreinageetlavitessesont-ellesproportionnelles?Justifie.
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
9-Quelssontlesfacteursquiinfluencentladistancederéactionetladistancedefreinage?
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
10-Quelleestladistancedefreinagepourunevoitureroulantà120km/h:
a)surroutesèche,
......................................................................................................................................
b)surroutemouillée?
......................................................................................................................................
11-Calculeladistanced’arrêtd’unevoituredemasse1300kg,sedéplaçantà70km/h.
a)surroutesèche,
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
b)etsurroutemouillée.
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
•L’arrêtcomprendlaphase de réactionpuislaphase de freinage.•LaduréederéactiontRestladuréequis’écouleentrel’instantoùl’obstacleestperçuet
l’instantoùleconducteuragit.•Ladistancederéactionestobtenuepar:DR = v × tR
Elledépenddel’étatduconducteuretdelavitesse.•LadistancedefreinageDFestladistanceparcourueentrelemomentoùl’onagitsurla
pédaledefreinetlemomentoùlevéhicules’arrête.•DFdépenddel’énergiecinétique,del’étatdelarouteetduvéhicule(pneus,freins)•Ladistance d’arrêt DAestlasommedeladistance de réaction DRetdeladistance de
freinage DF . DA = DR + DF •LadistancedefreinageDFcroitplusrapidementquelavitesse.
j e retiens
Séquence 2 —séance5
©Cned,Physique - Chimie 3e— 69
C Je vérifie mes connaissances
Exercice 22Coche la bonne réponse, puis vérifie la correction.
Oui Non1-L’arrêtd’unscootercomprend-illaphasedefreinage,
puislaphasederéaction? ® ®
2-LaduréederéactiontR,est-elleladuréequis’écouleentrel’instantoùl’obstacleestperçuetl’instantoùleconducteuragit?
® ®
3-Ladistancederéactionest-elleobtenuepar:DR =
vtR
? ® ®
4-LadistancedefreinageDFest-elleladistanceparcourueentrelemomentoùl’onperçoitl’obstacleetlemomentoùlevéhicules’arrête?
® ®
5-DFdépend-elledel’énergiecinétiqueduvéhicule? ® ®
6-Peut-ondireque DFnedépendpasdel’étatdelarouteetduvéhicule(pneus,freins)? ® ®
7-Lavitessecroit-elleplusrapidementqueladistancedefreinageDF?
® ®
8- Peut-ondireque DA = DR + DF ? ® ®
9- Lavitesseduvéhiculeaugmente-t-ellependantlaphasederéaction? ® ®
10- L’alcool,ladrogue,lesmédicamentsetl’inattentionaugmentent-ilsladuréederéaction? ® ®
Exercice 23Unscooterrouleàlavitessede40km/h.
Unobstacleapparaît.1-Quelleestladistancequiseraparcourueavantquelefreinagecommence?
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
2-Unjeuneconducteurenconduiteaccompagnéerouleàlavitessede50km/h.
Sontéléphoneportablevientàsonner.
Lecodedelarouteinterditsonusageauvolant.
Laduréederéactionencasd’inattentionpeutêtrede3à4secondes.
Justifiecetteinterdictionàl’aidedecalculs.
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
Séquence 2séance5—
—©Cned,Physique - Chimie 3e70
Exercice 24
Lis ce texte puis réponds aux questions.
Ledécretdu23novembre2001fixelanotiondedistancedesécuritéentredeuxvéhicules.
Voicilesélémentsdecedécret.• Avoiraumoins2secondesentredeuxvéhiculespourdisposersuffisammentdetemps
pourfreiner.
• Encasdenonrespectdecetterègle,uneamendede750€et3pointsderetraitsurlepermissontprévus.
Auniveaudesautoroutes,cetterèglesedéclineparlespanneauxsuivants:
fig. 3
1-Dequoitraiteletexte?
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
2-Déduis,àl’aidedesinformationsdutexteetd’uncalcul,ladistanceminimaledesécuritéentredeuxvéhiculesquiroulentà:
•50km/h
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
•90km/h
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
3-Quellessanctionssontprévuesparlaloiencasdenon-respectdudécret?
......................................................................................................................................
4-Pourdeuxvéhiculesroulantàlavitessede120km/hsurautoroute,calculeladistanceséparantdeuxbandesblanchesconsécutives(longueurABsurlafigure3).
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
Séquence 2 —séance5
©Cned,Physique - Chimie 3e— 71
Exercice 25Deuxpersonnesontàparcourir45kilomètressuruneroutenationale,dans2véhiculesdifférents.
LeconducteurArouleà100km/h,etleconducteurBrouleà90km/h.1-Détermineladuréedeparcoursdechaqueconducteur.
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
2-QuelestletempsgagnéparleconducteurA?Quelsrisquesa-t-ilpris?
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
Séquence 2séance5—