III. Conservation de l`énergie - Bougaud-free

1ère S
Thème : Comprendre
Activités
Physique
Principe de conservation de l’énergie - Corrigé
Chap.16
I. L’énergie potentielle
1. Définition
A
2. Exercice

E
 Un corps de charge q = + 2,3 C se déplace du point A vers le
q
point B.
2.1. Energie potentielle électrique du corps en A.
EPél (A) = qVA (A) = 2,3  2 = 4,6 J
2.2. Energie potentielle électrique du corps en B.
B
EPél (B) = qVB = 2,3  (-1) = -2,3 J
3V
2V 1V 0V -1V -2V -3V
2.3. EPél = EPél (état final) - EPél (état initial) =
 Figure 2 : charge dans un condensateur
EPél = EPél (B) - EPél (A) = -2,3 - 4,6 = -6,9 J
3. L’énergie potentielle de pesanteur
3.1. La situation 1 de la figure 3 qui
semble la plus confortable ?
3.2. Pour la situation 1, de l’énergie
qui pose problème se trouve
cachée et stockée.
3.3. Les paramètres qui semblent
influer sur la valeur de cette
énergie cachée sont la position
(ou altitude) et la masse (du
rocher)
 L’énergie potentielle de pesanteur : L’énergie potentielle de pesanteur Epp d’un corps de masse m et d’altitude z
est définie par la relation :
Epp = m g z avec g le champ de pesanteur (N.kg-1) ; m en kg ; z en m et Epp en J
Remarque : l’axe Oz est vertical ascendant.
Exercice
 On considère une pomme de masse m = 120 g posée sur une
étagère dont les dimensions sont données figure 4.
On prendra g = 10 Nkg -1
 Dans un premier temps, l’altitude de référence (0 m) sera définie au
niveau du sol sur lequel se trouve l’étagère.
3.4. Epp1 = mgz = 0,120  10  0,90 = 1,08 J
3.5. Si la pomme est à présent au sol, Epp0 = 0 car z = 0.
3.6.  Epp = Epp0 - Epp1 = 0 - 1,08 = -1,08 J
 Epp1 = mgz’ = 0,120  10  (-0,80) = -0,96 J
z <0 car l’axe Oz est vertical ascendant
Si la pomme est à présent au sol,
Epp0 = mgz0 = 0,120  10  (-1,70) = -2,04 J
 Epp = Epp0 - Epp1 = -2,04 -(-0,96) = -1,08 J
3.7. L’altitude de référence a une importance sur la valeur de
l’énergie potentielle de pesanteur en un point mais ne modifie
pas la variation d’énergie potentielle entre deux points.
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II.
L’énergie cinétique
1. Analyses d’impacts
 Figure 5a
 Figure 5b
 L’énergie cinétique est une énergie liée au mouvement d’un
objet.
 Figure 5a : impact d’une bille d’aluminium de masse 10 mg à
100 km/h
 Figure 5b : impact d’une bille d’aluminium de masse 10 mg à
400 km/h
 Figure 6a : impact d’un projectile de masse 3 g à 200 km/h
 Figure 6b : impact d’un projectile de masse 30 g à 200 km/h
 Plus un projectile possède d’énergie cinétique plus les dégâts
qu’il occasionne sur une cible sont importants.
1.1. L’énergie cinétique d’un corps semble dépendre de la
vitesse (figures 5a et 5b) car l’impact est plus important
quand la vitesse est plus grande.
1.2. L’énergie cinétique d’un corps semble dépendre de la
masse (figures 6a et 6b) car l’impact est plus important
 Figure 6a
 Figure 6b
quand la masse est plus importante.
2. Définition
 L’énergie cinétique : L’énergie cinétique EC d’un corps de masse m se déplaçant à la vitesse v est donnée par la
relation : EC = Error! m v² avec m en kg ; v en m.s-1 et EC en J
III.
Conservation de l’énergie
1. Principe de la conservation
Questions
1.1. Dans le langage courant, « consommer de l’énergie » signifie utiliser de l’énergie sans la restituer. Cette
énergie est perdue.
1.2. Lors du fonctionnement d’un téléviseur, l’émission d’« énergie acoustique diffusée dans l’air ambiant » est
assurée par les haut-parleurs du téléviseur.
1.3. Le phénomène physique qui génère de la chaleur lorsqu’un appareil électrique fonctionne est l’effet Joule.
1.4. On cherche à augmenter l’énergie utile (énergie électrique pour un barrage) lors des divers processus de
transformation, afin de réduire la part des formes d’énergie inutiles (effet Joule).
Principe de conservation : L’énergie d’un système isolé ne peut ni être créée ni être détruite. Elle peut changer de
nature mais se conserve toujours.
2. Conservation de l’énergie mécanique
 L’énergie mécanique : L’énergie mécanique EM d’un corps est égale à la somme de son énergie cinétique et de
son énergie potentielle : EM = EC + EP
 Définition : Un corps est dit « en chute libre » s’il n’est soumis qu’à son poids.
 Conclusions :
 Si l’énergie mécanique d’un système se conserve alors sa variation EM est nulle : EM = constante ; EM = 0
 En cas de force de frottement l’énergie mécanique d’un système ne se conserve pas : EM  0
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