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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—


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


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



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?

......................................................................................................................................



4-Onsouhaiteproduireplusd’énergieauniveaudelaturbine.Commentdoitévoluerlavitessedel’eauauniveaudelaturbine?

......................................................................................................................................

5-Commentobtenirunevitessedel’eauplusimportanteauniveaudelaturbine?

......................................................................................................................................

......................................................................................................................................

6-Quelleconséquencedégages-tuconcernantl’améliorationdesperformancesdanslaconstructiond’unbarragehydraulique?

......................................................................................................................................

......................................................................................................................................

7-Rédigeunparagraphedeconclusionutilisantlesmotssuivants:barrage,énergiecinétique,énergiedeposition,hauteurdechute,vitessedel’eau.

......................................................................................................................................

......................................................................................................................................



Séance 2Qu’est-ce que l’énergie cinétique ? L’expression de l’énergie cinétique


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.



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?

......................................................................................................................................

......................................................................................................................................

......................................................................................................................................

......................................................................................................................................



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=……………………………..




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



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.

......................................................................................................................................

......................................................................................................................................

......................................................................................................................................



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.

......................................................................................................................................

......................................................................................................................................



Séance 3Quel lien existe-t-il entre l’énergie cinétique, l’énergie de

position et l’énergie mécanique ?


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.



• 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?

......................................................................................................................................

......................................................................................................................................



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.

......................................................................................................................................

......................................................................................................................................



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=…………………….…………



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




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?

® ®



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.

......................................................................................................................................

......................................................................................................................................

......................................................................................................................................



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?

......................................................................................................................................



Séance 4Énergie et sécurité routière


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.



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.

......................................................................................................................................

......................................................................................................................................



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.

......................................................................................................................................

......................................................................................................................................

......................................................................................................................................



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


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? ® ®



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.

......................................................................................................................................

......................................................................................................................................



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.

......................................................................................................................................

......................................................................................................................................

......................................................................................................................................



Séance 5Pourquoi la vitesse est-elle dangereuse ?


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.



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».


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


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).



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.

......................................................................................................................................



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




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.

......................................................................................................................................

......................................................................................................................................

......................................................................................................................................

......................................................................................................................................



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).

......................................................................................................................................

......................................................................................................................................



Exercice 25Deuxpersonnesontàparcourir45kilomètressuruneroutenationale,dans2véhiculesdifférents.

LeconducteurArouleà100km/h,etleconducteurBrouleà90km/h.1-Détermineladuréedeparcoursdechaqueconducteur.

......................................................................................................................................

......................................................................................................................................

......................................................................................................................................

......................................................................................................................................

2-QuelestletempsgagnéparleconducteurA?Quelsrisquesa-t-ilpris?

......................................................................................................................................

......................................................................................................................................
