Correction des exercices chapitre 15

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Énergie cinétique (Ec : attention vitesse en m/s  savoir convertir de km/h en m/s) ◆ Lorsqu’il atteint sa vitesse de 32,4 km·h-1 soit , l’énergie cinétique de Kylian Mbappé s’écrit : . 6.

Énergie cinétique (obtenir une vitesse à partir de l’Ec / conversion masse de t à kg) ◆ Pour un train de masse m = 19 tonnes soit et dont l’énergie cinétique est soit , la vitesse est de : . 7.

Énergie potentielle de pesanteur (Epp : attention masse en kg, à convertir!) ◆ L’énergie potentielle de pesanteur d’un moineau de masse m = 20 g soit m = 0,020 kg situé à z = 30 m au-dessus du sol se détermine par la relation : . 8.

Énergie mécanique (Em = Ec+Epp / Ec : attention vitesse en m/s  savoir convertir de km/h en m/s) ◆ L’énergie mécanique d’un dromadaire de masse m = 350 kg se déplaçant à une vitesse v = 2 km·h-1 sur une dune de 100 m de haut s’écrit : . 9.

Travail d’une force ◆ Le travail du poids d’un alpiniste de masse m = 80 kg gravissant l’Everest haut de 8 848 m depuis la station de base située à 5 150 m se détermine par la relation : (zinitial – zfinal) = 80.9,81.(5150-8848) = - 2,9.106 J.

Le travail du poids est négatif au cours d’une montée, le poids est une force résistante car dirigée vers le bas et que l’alpiniste lui, se dirige vers le haut, la force s’oppose au déplacement. 10.

Travail d’une force ◆ Le travail d’une force motrice (même sens que le mouvement du système, donc travail positif et angle entre et AB nul) constante de 120 N fourni par un système se déplaçant sur 2 km s’écrit : . 11.

Calculer une variation d’énergie cinétique 1.

La variation d’énergie cinétique de la balle s’écrit : . 2.

L’expression du travail des forces de frottements de l’air s’établit à partir du théorème de l’énergie mécanique appliqué à la balle.

La variation de l’énergie mécanique de la balle au cours de son mouvement s’écrit : variation d’énergie potentielle de pesanteur est nulle . Or d’après le théorème de l’énergie mécanique : .

Car l’altitude de la balle ne varie pas ainsi sa donc Le travail des forces de frottements de l’air appliquées à la balle vaut donc . . La valeur négative de ce travail témoigne du fait que ce travail est résistant, c’est-à-dire que les forces de frottements s’opposent au mouvement de la balle. 12.

Décrire l’évolution d’une grandeur physique 1.

L’énergie cinétique d’un corps de masse m se déplaçant à la vitesse v s’écrit : .

L’évolution de l’énergie cinétique en fonction de la vitesse correspond à la fonction , avec en ordonnée et v en abscisse dans un repère orthonormé. est proportionnelle au carré de la vitesse, donc la représentation graphique associée est une parabole dont la concavité est orientée vers le haut.

Le graphe n° 3 correspond à cette situation. 2.

De la même manière, étudier l’évolution de l’énergie cinétique en fonction de la masse du système revient à représenter en ordonnée et m en abscisse dans un repère orthonormé. est proportionnelle à la masse, la représentation graphique associée est une droite passant par l’origine du repère.

Le graphe n° 4 correspond à cette situation. 13.

Exploiter un graphique pour identifier une inconnue 1.

Dans cet exercice la référence des énergies potentielles est prise nulle au niveau de la surface de l’eau. Ainsi lors de son plongeon, l’énergie potentielle de pesanteur de la plongeuse ne peut que diminuer.

C’est donc le graphique n° 2 qui correspond à cette situation physique. 2.

D’après le graphique, à t = 0 s, lorsque la plongeuse est sur le tremplin, son énergie potentielle de pesanteur vaut environ 2,0 kJ.

Connaissant la masse de la plongeuse et l’expression de l’énergie potentielle d’un système mécanique de masse m situé à une altitude h par rapport à la référence des énergies potentielles, on peut écrire : . 18.

Risquer sa vie ! 1.

D’après le schéma suivant, on en déduit que : = 1,2m 2.

L’énergie potentielle de la boule lorsqu’elle se trouve en A (à l’instant initial) s’écrit alors : . 172 J 3.

Dans cet exercice, les forces de frottements liées à l’air agissant sur la boule ne sont pas négligées.

En effet, les oscillations seront de plus en plus amorties au cours du mouvement.

Le graphique a.

peut donc être écarté.

La boule est lâchée du point A.

son altitude h (déterminée à la question 1.) est non nulle.

Son énergie potentielle de pesanteur est donc non nulle et vaut 172 J ce qui correspond donc au graphique b. 19.

Interpréter une variation d’énergie mécanique 1.

Félix Baumgartner étant initialement à l’arrêt lorsqu’il s'apprête à s’élancer dans le vide depuis une altitude = 39 045 m.

Son énergie mécanique est donc égale à son énergie potentielle de pesanteur car si v=0 alors Ec=0.

On a donc : 9,7 9,75 x 39 045 = 4,6.107J 2.

L’énergie mécanique de Félix Baumgartner lorsqu’il se situe à une altitude = 27,5 km vaut : . 3.

Ainsi 4,6.107 = - 0,53.107 J.

Cette perte d’énergie mécanique s’explique par la présence de forces de frottements liés à l’air s’appliquant sur Félix Baumgartner lors de sa chute. 21.

Déterminer le travail d’une force 1.

Schéma du bilan des forces : F 1 2.

Tant que la voiture est sur une route horizontale, le travail du poids est perpendiculaire au déplacement .

Le travail se calcule : nul.

En effet le.... »