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Niveau seconde
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Calculer l'énergie potentielle de l'eau d'un barrage

Posté par
Jeremy_electro
01-08-11 à 01:35

Etant donné que j'ai posté ma supposition pour l'autre question, je passe à l'exercice suivant.


Alors, calculer l'énergie potentielle de l'eau d'un barrage retenant 25 000 000 m³ d'eau à une hauteur de 60 m.
Quelle est la puissance de la chute pour un débit de 20 m³/s
?

J'ai essayé de résoudre cet exercice, voici ma solution.

Alors pour calculer l'énergie potentielle : Ep = m \times g \times h
Ep=Energie potentielle
m=masse de l'objet en mouvement
g=9,81m/s²
h=hauteur de l'objet

Données
*Volume d'eau = 25 000 000 m³ d'eau soit 25 000 000 000 kg d'eau car 1m³ d'eau=1000kg

*h=60m
*débit=20m³/s
g=9,81m/s²

Energie potentielle

Ep=25 000 000 000 \times9,81 \times 60
  =14 715 000 000 000 J (J est l'unité SI)
------------------------------------------------------------------

Calcule de la puissance du débit:

Formule de la Puissance :

P= W/{\Delta t}

P=Puissance

W=le travail
{\Delta t}=le temps pour réaliser la mise en mouvement

Il faut donc trouver le travail pour calculer la puissance.

Formule du travail : W\,=\,\vec{F}.\vec{\Delta x}\ ici il n'y a pas d'angle donc pas besoin du cosinus, c'est ça ? c'est donc un angle de 90° ? On suppose

Pour le travail, il faut calculer le poids

Voici la formule : p = m \times \vec{g}

------------------------------------------------------------------------------

Résolution
----------

Calcule du travail

F = 25 000 000 000 \times9,81
  =245 250 000 000 N

W=245 250 000 000 \times 60
=14 715 000 000 000 J


Calcule de la puissance

20m³ ou 20 000kg------>1seconde
             1kg------>1/20 000s
25 000 000 000kg------>1 250 000 s

P= 14 715 000 000 000 / 1 250 000
P=11 772 000 W

Pour un débit de 20m³/s, la puissance est de 11 772 000 watt
Est ce possible ?

Merci

Posté par
Coll Moderateur
re : Calculer l'énergie potentielle de l'eau d'un barrage 01-08-11 à 07:59

Bonjour,

C'est bon !
Mais comme tu travailles pour faire des progrès, je vais t'indiquer quelques points que tu pourras améliorer facilement.

Je te félicite d'écrire les grands nombres en séparant bien par tranches de 3 chiffres. Cela les rend lisibles et c'est agréable. Mais une autre manière, très pratique, consiste à utiliser les puissances.

Première question :
Il y a 25 000 000 m3 d'eau. Pour ne pas sans cesse compter des zéros, tu peux écrire : il y a un volume V = 25.106 m3 d'eau
La masse volumique de l'eau est = 1.103 kg.m-3
Donc la masse d'eau vaut m = V = 1.103 25.106 = 25.109 kg

Le poids d'eau est P = m g

L'énergie potentielle de pesanteur du système Terre-eau vaut Epp = m g h

Application numérique :
Epp 25.109 9,8 60 1,47.1013 joules

Ce résultat peut s'écrire de multiples manières.
Les ingénieurs aiment bien des puissances multiples de 3
Epp = 14,7.1012 joules
Ou encore, en utilisant les préfixes multiplicateurs :
Epp = 14,7 TJ (le térajoule)

Comme je te l'ai écrit dans un autre topic, ne garde pas des chiffres non significatifs dans ton résultat.
Ici garder deux chiffres significatifs serait tout à fait correct. En garder trois, comme je le fais, est la limite de l'acceptable.

Deuxième question :
La puissance est le travail par seconde.
Or en une seconde il passe 20 m3
Donc la puissance correspond au travail fourni par la chute de ces 20 m3 d'eau

Travail fourni par la chute de 20 m3 d'eau d'une hauteur de 60 m :
W = m g h = V g h

Application numérique :
masse volumique de l'eau = 1.103 kg.m-3
Volume d'eau : V = 20 m3
accélération due à la pesanteur g 9,8 m.s-2 (ou 9,8 N.kg-1)
hauteur de chute : h = 60 m

W = 1.103 20 9,8 60 1,18.107 joules

Comme précédemment :
W 11,8.106 joules
ou
W 11,8 MJ (le mégajoule)

Et ce travail est fourni en une seconde, donc la puissance est :
P = W / t = 11,8.106 / 1 = 11,8 MW (le mégawatt)
____________

Une unité en toutes lettres ne prend pas de majuscule mais peut prendre le pluriel si cela est nécessaire ; c'est un nom commun.
des watts, des joules, des pascals, etc.

Quand on utilise le symbole, il faut respecter l'éventuelle majuscule (W pour watt, J pour joule, Pa pour pascal, etc.) et ne jamais utiliser le pluriel car le s serait confondu avec le symbole de la seconde.

Voilà, tu as de la lecture !

Posté par
J-P
re : Calculer l'énergie potentielle de l'eau d'un barrage 01-08-11 à 12:59

Je suis dubitatif pour la réponse à la question : "calculer l'énergie potentielle de l'eau d'un barrage retenant 25 000 000 m³ d'eau à une hauteur de 60 m"

Il me semble bien téméraire de considérer que l'entièreté de la masse d'eau est à une hauteur de 60 m. Mais de la manière dont la question est posée, on peut penser ce qu'on veut.

Je serais content de voir un dessin représentant la situation.

Posté par
Coll Moderateur
re : Calculer l'énergie potentielle de l'eau d'un barrage 01-08-11 à 15:12

Bonjour J-P

Oui, la question m'a laissé perplexe également. Et je me suis dit qu'à vouloir à tout prix rédiger un exercice du "niveau seconde", on prenait soit le risque de mal modéliser un phénomène naturel, soit celui de donner des idées fausses aux élèves, soit les deux...

Posté par
J-P
re : Calculer l'énergie potentielle de l'eau d'un barrage 01-08-11 à 18:37

Salut Coll.

Posté par
Jeremy_electro
re : Calculer l'énergie potentielle de l'eau d'un barrage 01-08-11 à 18:54

Pour les puissances, je ne savais pas trop comment l'insérer meme en ayant lu le guide.
C'est pour cela que je n'ai pas écrit ma réponse sous forme de puissance de 10.


Sinon l'exercice se clôture ici non ?
Merci pour vos précieuses explications.

Posté par
Coll Moderateur
re : Calculer l'énergie potentielle de l'eau d'un barrage 01-08-11 à 19:04

Oui, l'exercice est terminé ici.

La remarque de J-P :

Comment serait-il possible que toute l'eau du barrage, les 25.106 m3 se trouve à la même hauteur de 60 m ?

C'est évidemment impossible. Un barrage a une certaine profondeur. Quand il va se vider les différents mètres cubes descendront de hauteurs différentes, et pas tous de 60 mètres.
Ce problème n'est pas difficile à résoudre, en terminale, dès que tu auras appris les bases du calcul intégral. Donc un peu de patience pour retrouver le même problème mais avec une solution plus conforme à la réalité.

Pour ma part, je t'en prie et à une prochaine fois !



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