Document 1 : Qu`est

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ACTIVITE (1S) : ENERGIE MECANIQUE
Objectifs :



Utiliser l’expression de l’énergie cinétique d’un solide en translation et de l’énergie potentielle de pesanteur d’un
solide au voisinage de la Terre.
Exploiter un enregistrement pour étudier l’évolution de l’énergie cinétique, de l’énergie potentielle et de l’énergie
mécanique d’un système au cours d’un mouvement.
Conservation ou non conservation de l’énergie mécanique.
Créer des formules pour traiter des données.

Produire une représentation graphique à partir d’un traitement de données numériques.

I)
DOCUMENTS
Document 1 : Qu’est-ce que l’énergie ?
Tentative de définition
D’après le petit Larousse : « L’Energie est une grandeur caractérisant un système et exprimant sa capacité à
fournir un travail » !!!
Une définition un peu plus pragmatique peut être adoptée (mais qui n’est pas totalement satisfaisante) :
Pour élever la température de l’eau contenue dans une casserole il faut de l’énergie, il faut de l’énergie pour
qu’une lampe s’allume, il faut de l’énergie pour mettre un objet en mouvement. Il faut de l’énergie pour qu’un
organisme vivant puisse se développer, exercer ses activités, etc. Tout ce qui vit, fonctionne, évolue nécessite
de l’énergie.
Document 2 : Différentes formes d’énergie et leurs transformations
Vidéo : Transformation d’énergie
Document 3 : L’énergie mécanique
L’énergie mécanique Em d’un objet en mouvement au voisinage de la Terre est la somme de son énergie
potentielle Ep (énergie liée à l’altitude) et de son énergie cinétique Ec (énergie liée à la vitesse).
Em = EC + Ep
avec Ec, Ep et Em en joule (J)
Un solide de masse m, en translation à une vitesse v dans un référentiel donné, a une énergie cinétique E C dont
l’expression est :
EC 
1
 m  v2
2
avec EC en joule (J), m en kilogramme (kg) et v en mètre par seconde (m.s -1)
Un objet de masse m situé à l’altitude z (dont l’origine est choisie arbitrairement) à une énergie potentielle de
pesanteur Epp dont l’expression est :
E pp  m  g  z
avec Epp en Joule, m en kilogramme, g en newton par kilogramme (N.kg -1) et z en mètre (m)
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Document 4 : Détermination de la vitesse d’un point mobile
Exemple : détermination de la vitesse v3 à la date t3 d’un point mobile en un point M3 de sa trajectoire.
v3  v32x  v32y
Avec
v3 x 
x4  x2
y  y2
et v3 y  4
si t4-t2 suffisamment petit.
t4  t2
t4  t2
Y
y
V3
y4
M
y
t
3
t
3
M
y
M
4
M5
4
t
3y
V
3
t5
3
2
2
V
O
V
2
3x
X
M
1
t1
0
x
2
II)
x
3
x
x
4
ENERGIE MECANIQUE ET CHUTE D’UNE BALLE LANCEE AVEC UNE VITESSE
INITIALE
II-1) Traitement d’un fichier vidéo
On dispose d’un fichier vidéo représentant le mouvement d’une balle de tennis, de masse m = 55 g, lancée
avec une vitesse initiale non nulle dans le champ de pesanteur terrestre.
II-1-1) Mise en route
-
Ouvrir le logiciel « Aviméca »
Ouvrir le fichier vidéo nommé « parabolique » (Académie de Bordeaux)
Dans le menu « Clip » cliquer sur « Adapter » puis sur « OK »
II-1-2) Etalonnage
- Passer en mode étalonnage choisir des axes
puis régler l’échelle.
ayant pour origine le bas de la règle
II-1-3) Pointage
-
Pointer les positions successives de la balle de tennis.
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-
On prendra, en bas de la fenêtre « Mesures », pour origine des dates l’image 5 (instant
supposé ou l’opérateur lâche la balle).
II-2) Exploitation des mesures avec un tableur
II-2-1) Exportation des mesures dans « Excel »
-
Copier le tableau de mesure en cliquant sur l’icône adapté (premier icône PP sur la gauche)
Sans fermer « Aviméca » ouvrir le logiciel « Excel ». Coller dans une feuille de calcul le
tableau de mesure
II-2-2 Courbes Ec=f(t) ; Ep=g(t) et Ec+Ep = h(t)
1.
Sur la feuille de calcul créer de nouvelles colonnes comme indiqué ci-dessous ( 0s ≤ t ≤ 0,88s).
Pointages
AviMéca
t
x
s
m
2.
3.
y
Vx
m
-1
m.s
Vy
-1
m.s
V
m.s
-1
Ec
Ep
Em
J
J
J
Programmer les calculs de façon à compléter le tableau « Excel » et obtenir sur un même graphique
les courbes représentant les variations de Ec, Ep et Ec + Ep au cours du mouvement de la balle.
Imprimer le graphique
Donnée : On prendra g = 9,81 N.kg-1 ( à Bordeaux )
II-3) Exploitation des courbes
Répondre dans votre compte rendu aux questions ci-dessous :
1.
2.
Aux incertitudes de mesure près que peut-on dire de l’évolution de l’énergie mécanique au cours du
temps.
Décrire l’évolution simultanée de Ep et Ec. Pourquoi peut-on dire qu’au cours du mouvement il y a
conversion d’énergie potentielle en énergie cinétique et vice versa ?
III)
ENERGIE MECANIQUE D’UNE BALLE QUI REBONDIT (EVALUATION)
Reproduire un travail similaire à celui des § I-1 et I-2 en utilisant le fichier vidéo « rebond_bis.avi ». On
prendra pour masse de la balle m = 60 g.
Appel n°1 : Appeler le professeur pour qu’il vérifie le tableau Excel
Appel n°2 : Appeler le professeur pour qu’il vérifie le tracé des courbes Ec=f(t) ; Ep=g(t) et Ec+Ep =
h(t)
Répondre dans votre compte rendu aux questions ci-dessous.
1.
2.
Aux incertitudes de mesure près que peut-on dire de l’évolution de l’énergie mécanique au cours
du temps.
Essayez d’interpréter cette évolution.
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