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Niveau troisième
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Energie Cinétique

Posté par
xCynthia-x3
13-04-11 à 16:16

Bonjour, je suis en train de faire un exercice seulement je ne comprends pas du tout. J'ai quelques lignes de cours sur l'énergie cinétique mais j'y ai rien compris. J'aimerai avoir le corrigé de cet exercice et quelques explications pour pouvoir mieux comprendre parce que là je suis perdue. Merci d'avance.

Etude d'énergie cinétique d'une voiture et d'un camion

Une voiture de masse 950kg et un camion de masse 3 tonnes sont immobiles sur une pente (le frein à main est serré) La voiture se trouve à une hauteur de l00m et le camion à une hauteur de 50m.

Energie Cinétique :

1 - Ecris la relation mathématique entre l'énergie cinétique d'un objet (EC), sa masse (m) et sa vitesse (v). Précise l'unité de chaque lettre.

2 - Quelles sont les énergies cinétiques de la voiture et du camion au début de l'expérience ? Justifie.

Energie de position :

L'énergie de position Ep (en joules) d'un objet de masse m (en kilogrammes) se trouvant à une hauteur h (en mètres)est donné par la relation : Ep = m*g*h = mgh
g est l'intensité de pesanteur : g = 9,81 N/kg

Quelles sont les énergies de positions de la voiture et du camion au début de l'expérience ? Indique les calculs.

Energie de position et énergie cinétique :

Le frein à main des deux véhicules est desserré et les deux véhicules descendent.
En quoi l'énergie de position des deux véhicules est-elle convertie lors de leur descente ?

Comment varie l'énergie de position et l'énergie cinétique des véhicules lors de leur descente ?

Vitesse :

Calcule les vitesses des véhicules en mètre par seconde en bas de la pente. Indique les calculs.
Si on néglige tous les frottements, en bas de la pente, la vitesse des véhicules est donnée par la relation : v = (2 g h)
v est la vitesse en m/s, g est l'intensité de pesanteur (9,81 N/kg) et h est la hauteur en mètre.

Exprime les vitesses de la voiture et du camion en bas de la pente en kilomètre par heure. Indique les calculs

Energie Cinétique :

Calcule l'énergie cinétique des deux véhicules en bas de la pente. Indique le calcul

Distance d'arrêt :

De quoi dépend la distance d'arrêt d'un véhicule ?
En quoi est convertie l'énergie cinétique lors d'un freinage ?

Posté par
Coll Moderateur
re : Energie Cinétique 13-04-11 à 17:02

Bonjour,

Bravo pour la présentation de l'énoncé. C'est très propre et très clair.

Alors, il faut se lancer !

Quelles réponses proposes-tu ? Tu vas voir que l'énoncé te tient par la main et t'explique au fur et à mesure ce qu'il y a à calculer ; tu verras que ce n'est pas difficile. Courage !

J'attends tes premières réponses.

Posté par
xCynthia-x3
re : Energie Cinétique 13-04-11 à 17:18

Bonjour,

Merci c'est très gentil.
J'aime travailler sur quelque chose de propre et soigné alors je fais de même

Pour la première question, je dirai :

Ec = 1/2*m*v² = 1/2 m v² (sans les signes visibles)
Ec = Energie cinétique en joue (J)
m = Masse en kilogrammes (kg)
v = Vitesse en mètres par seconde (m/s)

Pour la deuxième question, je ne sais, à vrai dire je ne connais pas la différence entre l'énergie cinétique et l'énergie de position.
Pour le reste, c'est pareil, je ne comprends pas la différence entre énergie cinétique et énergie de position.

Mais par contre pour la question : De quoi dépend la distance d'arrêt d'un véhicule ?
Je dirai tout d'abord de l'état dans lequel se trouve le conducteur, car s'il est fatigué ou sous l'influence de l'alcool, son temps de réaction sera plus élevé. Puis ça dépend aussi du temps, s'il pleut, si la route est abimée etc ..

Et pour la dernière question :
Lorsqu'un véhicule s'arrête sa vitesse devient nulle et donc son énergie cinétique aussi. L'énergie cinétique que possède au début le véhicule doit être convertie en une une autre forme d'énergie ou transférée à un autre corps mais je ne sais pas laquelle.

Posté par
Coll Moderateur
re : Energie Cinétique 13-04-11 à 17:27

Beaucoup de très bonnes choses. Et une qualité utile : tu connais ce que tu sais et tu connais aussi ce que tu ne sais pas bien encore : idéal pour apprendre !

Oui, l'énergie cinétique est l'énergie liée à la vitesse.
Oui la relation qui permet de calculer l'énergie cinétique Ec d'un corps de masse m et qui a la vitesse v est bien
Ec = (1/2) m v2
les unités
L'énergie en joules (symbole J)
la masse en kilogramme (symbole kg)
la vitesse en mètres par seconde (symbole m/s ou mieux m.s-1)

Voilà pour la première question.
_______________

Pour la deuxième question

Tu connais la réponse (elle est dans ton deuxième message, mais pas pour la deuxième question).
Regarde la relation :
Ec = (1/2) m v2

Comment peut-on avoir Ec = 0 ?

Quand la voiture et le camion sont immobiles, quelle est leur vitesse ? (pas trop dur...)
Quelle est donc l'énergie cinétique de ces véhicules au début de l'expérience ?

Posté par
xCynthia-x3
re : Energie Cinétique 13-04-11 à 17:29

Quand la voiture et le camion sont immobiles, la vitesse est nulle donc égale à 0.
L'énergie cinétique initiale des deux véhicules est donc de 0.

Posté par
Coll Moderateur
re : Energie Cinétique 13-04-11 à 17:38

En physique on met des unités à chaque fois que c'est possible aux valeurs numériques.
Donc, réponses à la deuxième question

Au début de l'expérience la vitesse de la voiture et la vitesse du camion sont toutes deux égales à 0 m.s-1
En conséquence leur énergie cinétique est égale à 0 J
____________

Troisième question
Tu as certainement déjà vu ces superbes horloges que l'on fait fonctionner grâce à des masses que l'on remonte, par exemple une fois par jour. Si les masses sont tout à fait en bas, l'horloge s'arrête. Si les masses sont en haut elles vont descendre tout doucement et transmettre de l'énergie au mécanisme de l'horloge. Elles ont une énergie due à leur position en hauteur.
On te fait calculer ces énergies "potentielles de pesanteur" de la voiture et du camion au début de l'expérience.
La relation est donnée.
Toutes les valeurs numériques aussi.

Il reste à faire les deux calculs. N'oublie pas l'unité à côté de la valeur numérique pour chaque résultat.

Posté par
xCynthia-x3
re : Energie Cinétique 13-04-11 à 17:58

Pour la question 3, j'ai essayé la formule

Pour la voiture, ça donnerait :

Ep = m*g*h = mgh
Ep = 950*9,81*100 = 931 950
Donc l'énergie de position de la voiture est de 931 950

Même chose pour le camion, mais je n'ai pas encore fais les calculs

Posté par
Coll Moderateur
re : Energie Cinétique 13-04-11 à 18:04

L'unité... l'unité !
En physique un résultat numérique sans son unité ne veut rien dire.

L'énergie (due à la position en hauteur) potentielle de pesanteur de la voiture au début vaut donc :

Ep = m.g.h = 950 9,81 100 = 931 950 joules

On conservera par exemple trois chiffres significatifs pour ne pas donner une fausse impression de précision :

Ep 932 kJ

(kJ est le symbole de kilojoule ; un kilojoule vaut bien sûr 1 000 joules)

Posté par
xCynthia-x3
re : Energie Cinétique 13-04-11 à 18:10

Ah oui l'unité, j'ai du mal avec ça.

Donc pour la question 4 : En quoi l'énergie de position des deux véhicules est-elle convertie lors de leur descente ?
Je ne sais pas vraiment, mais je dirai la vitesse, puisqu'ils descendent ils prennent de la vitesse.

Posté par
Coll Moderateur
re : Energie Cinétique 13-04-11 à 18:17

J'aimerais voir le calcul pour l'énergie potentielle de pesanteur du camion.

Début de la question suivante. Pourquoi l'énergie est-elle si importante en physique ? Parce qu'elle se "conserve" : elle peut changer de nature, mais elle est toujours présente en même quantité pour un système isolé. Changer de nature : l'énoncé emploie le mot "convertir"

Une énergie d'une certaine nature se convertit donc en une énergie d'une autre nature.

La réponse doit donc être en termes d'énergie. Tu y es presque puisque tu as compris que la vitesse augmente lors de la descente. Cela signifie que les deux véhicules sont en train de perdre de l'énergie potentielle de pesanteur mais de gagner de ... ....

Posté par
xCynthia-x3
re : Energie Cinétique 13-04-11 à 18:22

Le calcul pour le camion serait :

Sachant que 3t vaut 3000km
Ep = 3000*9,81*50 = 1 471 500 J

Euh .. Ils gagnent de l'énergie cinétique ?

Posté par
Coll Moderateur
re : Energie Cinétique 13-04-11 à 18:29

   

Pour le camion dont la masse de 3 tonnes vaut aussi 3 000 kg (kilogrammes pas kilomètres ! ) l'énergie potentielle de pesanteur au début vaut bien environ 1,5 MJ (mégajoules)

Oui ! ils perdent de l'énergie potentielle de pesanteur mais ils gagnent une autre forme d'énergie : de l'énergie cinétique.
Et la somme de toutes les énergies est constante. L'énergie se conserve !

Posté par
xCynthia-x3
re : Energie Cinétique 13-04-11 à 18:37

Ah oui j'ai écris km :$ Je sais que c'est kg, c'est ce que j'ai écris sur ma feuille .. Faute de frappe désolée :$

Ah je commence à comprendre !

Pour la question 5 : Comment varie l'énergie de position et l'énergie cinétique des véhicules lors de leur descente ?

L'énergie de position diminue tandis que l'énergie cinétique augmente non , :$

Posté par
Coll Moderateur
re : Energie Cinétique 13-04-11 à 18:44

Exact !

L'énergie de position diminue car elle se convertit en énergie cinétique de manière telle que la somme des deux soit constante (parce que les frottements sont négligés, sinon il faudrait faire intervenir une autre forme d'énergie ; de toute façon la somme des trois serait constante).

La relation que tu vas utiliser pour la question suivante est très facile à démontrer.

Toute l'énergie de position du début : m.g.h
est convertie en énergie cinétique (1/2).m.v2

donc m.g.h = (1/2).m.v2
en simplifiant par m
g.h = (1/2).v2
en multipliant par 2
2.g.h = v2
en prenant la racine carrée :

3$ \rm{v\,=\,\sqrt{2 g h}}

A toi pour les calculs !

Posté par
xCynthia-x3
re : Energie Cinétique 13-04-11 à 18:49

Oula, là c'est un peu dur pour moi. Les maths et moi ca fait 2.
Je vais y aller petit à petit.
D'abord, je ne comprends pas, à quoi correspondent les points que vous mettez entre chaque lettres :
m.g.h ?

Posté par
Coll Moderateur
re : Energie Cinétique 13-04-11 à 18:54

Cette démonstration n'est pas demandée par l'exercice. On te donne la relation pour le calcul et tu as simplement à l'employer.
J'ai voulu te montrer que tu es déjà capable de la démontrer. Tu sais tout ce qu'il faut savoir pour cela.

Les points entre les lettres indiquent la multiplication

m.g.h = m * g * h = m g h = m g h

Entre les lettres on n'est pas obligé de les employer. En revanche entre les nombres il faut mettre un signe de multiplication.

Si la démonstration te semble trop compliquée, oublie-la.

A noter qu'une certaine compétence en mathématiques est indispensable pour faire de la physique !

Posté par
xCynthia-x3
re : Energie Cinétique 13-04-11 à 18:58

Donc c'est toujours la même formule ? Mais là je suis perdue, je ne sais pas quels nombres employer.
Je ne comprends plus rien :O

Oui je sais qu'il faut une certaine compétence en maths pour de la physique mais moi je suis beaucoup plus dans le littéraire que dans le scientifique mais au collège on étudie tout et je dois faire avec.

Posté par
Coll Moderateur
re : Energie Cinétique 13-04-11 à 19:28

Il t'est simplement demandé d'appliquer la relation 3$ \rm{v\,=\,\sqrt{2 g h}}
____________

La voiture est descendue de h = 100 m
g = 9,81 N/kg

v = ... m.s-1
___________

Le camion est descendu de h = 50 m

v = ... m.s-1

Posté par
xCynthia-x3
re : Energie Cinétique 13-04-11 à 19:32

Donc : v = 2*9,81*100
v = 44,29446918

C'est ça qu'il faut faire ?

Posté par
Coll Moderateur
re : Energie Cinétique 13-04-11 à 20:00

Pour la voiture :

3$ \rm{v\,=\,\sqrt{2\,\times\,g\,\times\,h}\,=\,\sqrt{2\,\times\,9,81\,\times\,100}\,=\,\sqrt{1962}\,\approx\,44,3\,m.s^{-1}}

A toi pour le camion !

Posté par
xCynthia-x3
re : Energie Cinétique 13-04-11 à 20:05

D'accord, pour le camion la formule est la même sauf qu'à la place de 100 il faut 50
Par contre, je ne comprends pas pourquoi ce : m.s exposant -1 ?
C'est pas m/s ? Et je vois pas pourquoi y'a ce -1 :/

Posté par
Coll Moderateur
re : Energie Cinétique 13-04-11 à 20:06

Mais l'énoncé demande aussi la vitesse exprimée en kilomètre par heure.

44,3 mètres chaque seconde ; cela fait combien de mètres en une heure ? Et combien de kilomètres en une heure ?

Posté par
Coll Moderateur
re : Energie Cinétique 13-04-11 à 20:08

Oui, en troisième je comprends que cette notation te semble étrange.

A la "puissance moins un" : c'est équivalent à une division (tu verras cela dans quelque temps)

m.s-1 = m / s = mètres par seconde

Posté par
xCynthia-x3
re : Energie Cinétique 13-04-11 à 20:29

Oui, d'accord mais là j'ai un petit problème. Je n'ai plus de calculatrice.
Mon neveu à jouer avec et l'a emporté chez lui sans que je m'en rende compte.
Mais on m'a dit que souvent il y avait une calculatrice sur l'ordinateur. Je peux la trouver ou ?

Posté par
Coll Moderateur
re : Energie Cinétique 13-04-11 à 20:34

Tous les programmes > Accessoires > Calculatrice
si tu as un environnement Windows

Et cette calculatrice tu peux choisir (affichage) soit "standard" soit "scientifique"

Ah les neveux !

Posté par
xCynthia-x3
re : Energie Cinétique 13-04-11 à 20:34

Ah, j'ai donné le calcul à une amie et elle me là fait
Donc : 2*9,81*50 = 31.32091953

Posté par
xCynthia-x3
re : Energie Cinétique 13-04-11 à 20:35

Ah oui j'ai trouvé la calculatrice

Posté par
Coll Moderateur
re : Energie Cinétique 13-04-11 à 20:39

L'unité s'il te plaît pour le message de 20 h 34

Et il faut convertir ces deux vitesses en km/h (ou km.h-1, c'est-à-dire kilomètres par heure)

Posté par
xCynthia-x3
re : Energie Cinétique 13-04-11 à 20:45

v = 2*9,81*50 = 981 = 31,3 m/s

Ensuite pour convertir, je ne sais pas, je suis nulle en conversions !

Posté par
Coll Moderateur
re : Energie Cinétique 13-04-11 à 20:48

Je t'ai mis sur la voie pour la conversion.

En une seconde : 44,3 mètres

en une heure ? Combien y a-t-il de secondes dans une heure ?

Donc quelle distance (en mètres) parcourue en une heure ?

Et donc quelle distance (en kilomètres) parcourue en une heure ?

Et donc quelle vitesse en kilomètre par heure (km/h) ?

Posté par
xCynthia-x3
re : Energie Cinétique 13-04-11 à 20:54

60 seconde en une heure
Donc 44,3 * 60 ?

Posté par
Coll Moderateur
re : Energie Cinétique 13-04-11 à 20:56



60 secondes, c'est une minute
et il y a encore 60 minutes dans une heure...

Posté par
xCynthia-x3
re : Energie Cinétique 13-04-11 à 20:57

Oula --' Je voulais écrire 60 minutes XD
3600 secondes

Posté par
Coll Moderateur
re : Energie Cinétique 13-04-11 à 21:01

Oui, 3 600 secondes dans une heure
44,3 mètres par seconde
44,3 3 600 = 159 480 m/h 159 km/h

A toi pour le camion. Quelle vitesse en kilomètres par heure ?

Posté par
xCynthia-x3
re : Energie Cinétique 13-04-11 à 21:08

31,3*3600 = ll2 680 m/h = ll2 km/h ?

Posté par
Coll Moderateur
re : Energie Cinétique 13-04-11 à 21:16

Oui !
31,3 m/s 112 km/h

Les questions suivantes :
. calcul des énergies cinétiques ; tu sais le faire ; tu connais les masses et tu connais les vitesses (en mètres par seconde ! ! ) ; donc tu sais trouver les énergies cinétiques (en joules ! )

. de quoi dépend la distance d'arrêt ? Tu as bien écrit qu'elle dépend de la distance parcourue pendant le temps de réaction du conducteur (qui peut être allongé par la fatigue, l'inattention - avec le téléphone par exemple - et bien sûr l'alcool) ; elle dépend aussi beaucoup de l'énergie cinétique.

. en quoi est convertie l'énergie cinétique lors du freinage ? En une autre énergie (comme d'habitude, puisque l'énergie se conserve) : une énergie thermique (ou interne) qui va élever considérablement la température des freins du véhicule. C'est pour cela qu'ils sont fortement aérés pour être refroidis par circulation d'air. Et où va alors cette énergie ? Elle réchauffe l'air et les petits oiseaux.

Je crois que je vais m'arrêter là pour aujourd'hui. Je te félicite pour ton très bon travail !

Posté par
xCynthia-x3
re : Energie Cinétique 13-04-11 à 21:24

Donc la formule c'est Ec = 1/2 m
Ec = 0,5*950*44,3² pour la voiture ?
Je n'ai pas fais un très bon travail. Je sais que je suis faible en Physique.

Posté par
Coll Moderateur
re : Energie Cinétique 13-04-11 à 21:31

Mais si tu as fait un bon travail. Cela ne peut pas venir en quelques heures, mais petit à petit...
Et tu as écrit (18 h 37) la phrase qui a le plus d'importance pour moi :

Citation :
Ah je commence à comprendre !


Oui, l'énergie cinétique de la voiture au bas de la pente (sans frottements) :
Ec = (1/2)m.v2 = 0,5 950 44,32 932 kJ

Posté par
xCynthia-x3
re : Energie Cinétique 13-04-11 à 21:37

Certes je commence à comprendre mais je vois très bien la différence entre ma moyenne de français qui est de l8,77 et ma moyenne de Physique qui n'est que de l4,85 .. Je ne suis top dans les matières scientifiques mais bon chacun à ses points faibles comme ses points forts.
Donc pour le camion c'est :
Ec = 05*940*31,3² = 465 kJ

Posté par
Coll Moderateur
re : Energie Cinétique 13-04-11 à 21:44



La masse du camion est 3 000 kg

Ec = 0,5 3 000 31,32 1,47 MJ
(ou 1 470 kJ si tu préfères, mais c'est un peu moins bien ; ce ne serait pas bien d'écrire 1 470 000 joules ; tu verras pourquoi plus tard).

Bonne nuit !

Posté par
xCynthia-x3
re : Energie Cinétique 13-04-11 à 21:45

Ah oui exact autant pour moi :$
Hum d'accord .. Merci pour tout.
Bonne nuit.

Posté par
Coll Moderateur
re : Energie Cinétique 14-04-11 à 07:32

Pour que ta moyenne en français ne baisse pas, je te signale que l'on écrit "au temps pour moi". Origine de cette expression : la cavalerie ou la musique. Quelqu'un fait une faute et demande de reprendre "au temps".
_______________

S'il te reste des questions ou si tu as encore des points à éclaircir, n'hésite pas !



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