Force Travail Energie Puissance Rendement

Force Travail Energie Puissance Rendement
1. Unités de :
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2.
La force :
Le travail :
La puissance :
L’énergie :
Du poids :
Energie cinétique :
le Newton
le Joule
le Watt
le Joule
le Newton
le Joule
N
J
W
J
N
J
Quelle force faut-il appliquer à une masse
de 12 kg pour accélérer de 5,6 m/s2 cette
masse.
F = m ⋅ a = 12 ⋅ 5,6 = 67,2 N
3. Quel est le poids d’un homme de masse 60 kg.
FP = m ⋅ g = 60 ⋅ 9,81 = 588,6 N
4. Une machine effectue un travail de 10'000 Joules en 100 secondes. Calculer sa
puissance.
P=
5.
W
= 100 W
+t
Une ampoule électrique d’une puissance
de 40 Watt brille pendant 3 heures.
Calculer l’énergie consommée.
E = P ⋅+t = 40 ⋅ 3 ⋅ 3600 = 432000 J
6.
Quel est le travail effectué par un moteur
de 50 kW qui fonctionne pendant 1 heure
et 20 minutes.
E = P ⋅+t = 50000 ⋅ 4800 = 240000000 J
7. Lorsqu’une force de frottement effectue un travail, de quel signe est-il ?
Opposé au mouvement du corps.
8.
Calculer le travail effectué par le corps G
de masse m = 28 kg.
h = 42 m
W = F ⋅ s = 28 ⋅ 9,81⋅ 42 = 11536,56 J
9.
Une parachute descend verticalement à la
vitesse de 7 m/s. Son poids est de 1000 N.
Représenter les forces appliquées au
système parachutiste-parachute.
La force de frottement agit de bas en haut
avec une intensité de 1000 N
10. Un sauteur à la perche dont le poids vaut
750 N franchit une barre placée à 5 m et
retombe sur un matelas de 1 m d’épaisseur.
•
Quel travail produit le sauteur pour s’élever à 5 m ? W = F ⋅+h = 750 ⋅ 5 = 3750 J
•
A 5 m de hauteur, quelle est l’énergie potentielle du sauteur par rapport au
matelas ?
EP = FP ⋅+h = 3000 J
•
Quelle est l’énergie cinétique du sauteur à la fin de sa course d’élan ?
La même que le travail pour s’élever à 5 m soit 3750 J
Quelle quantité d’énergie doit absorber le matelas ?
L’énergie potentielle par rapport au matelas soit 3000 J
Quelle est la vitesse du sauteur à la fin de la course d’élan ?
2 ⋅ EC
m ⋅V 2
2 ⋅ 3750
EC =
⇒V =
=
= 9,9 m / s
2
m
76,45
•
•
11 Un enfant de masse 30 kg se laisse glisser sur un
toboggan de hauteur verticale h = 3 m. Les force
de frottements, pendant la descente, effectuent un
travail négatif W = - 200 J.
• Calculer l’énergie potentielle en A.
EP = m ⋅ 9,81⋅+h = 30 ⋅ 9,81⋅ 3 = 882,9 J
• Quelle est l’énergie cinétique en bas du
toboggan.
EC = EP − Wf = 882,9 − 200 = 682,9 J
• Quelle est la vitesse de l’enfant.
2 ⋅ EC
m ⋅V 2
2 ⋅ 682,9
⇒V =
=
= 6,74 m / s
EC =
2
m
30
12. Une montgolfière de poids 5000 N est à
2000 m du sol.
La hauteur de la falaise zo est de 200 m.
•
Quelle est son énergie potentielle par rapport au sol.
EP = FP ⋅+h = 5000 ⋅ 2000 = 10000000 J
•
Quelle est son énergie potentielle par rapport à la mer.
EP = FP ⋅+h = 5000 ⋅ 2200 = 11000000 J
•
Quelle est son énergie potentielle par rapport au sol si la montgolfière
est 100 m au-dessus de l’eau.
EP = FP ⋅+h = 5000 ⋅ −100 = −500000 J
13. Un haltérophile soulève un masse totale de
120 kg à la hauteur h = 1,90 m.
• Calculer le travail produit.
W = m ⋅ 9,81⋅+h = 120 ⋅ 9,81⋅ 1,9 = 2236,68 J
• Quelle est l’énergie potentielle de
l’haltère.
EP = m ⋅ 9,81⋅+h = 120 ⋅ 9,81⋅ 1,9 = 2236,88 J
14. Un skieur de masse m = 80 kg descend
une piste de pente 12%. Les forces de
frottements ont une intensité de 30 N qui
s’opposent à la vitesse du skieur.
h = 17,87 m
•
•
•
•
•
•
Quelle est l’énergie potentielle du skieur en A pour une vitesse initiale
nulle.
W = m ⋅ 9,81⋅+h = 80 ⋅ 9,81⋅ 17,87 = 14024,4 J
Quel est le travail résistant des forces de frottements.
W = Ff ⋅+s = −30 ⋅ 150 = −4500 J
Quelle est l’énergie cinétique du skieur en B
EC = EP − Wf = 14024,4 − 4500 = 9524,4 J
Quelle est la vitesse du skieur en B
2 ⋅ EC
m ⋅V 2
2 ⋅ 9524,4
⇒V =
=
= 15,43 m / s
EC =
2
m
80
Mêmes questions mais le skieur à une vitesse initiale en A de 5 m/s.
En A le skieur possède une énergie cinétique liée à la vitesse initiale et son
énergie potentielle.
•
m ⋅V 2
EC =
= 1000 J ⇒ E A = EC + EP = 1000 + 14024,4 = 15024,4 J
2
•
EC = EP − Wf = 15024,4 − 4500 = 10524,4 J
•
2 ⋅ EC
m ⋅V 2
2 ⋅ 10524,4
⇒V =
=
= 16,22 m / s
EC =
2
m
80
15. Pour faire passer la masse la charge G de
800 N, du point B au Point A en 5
secondes, le moteur absorbe une
puissance de 8600 Watt
AB = 18 m
• Calculer la puissance utile pour
déplacer la charge de A à B en 5 sec.
F ⋅+h 800 ⋅ 18
P=
=
= 2880 W
+t
5
• Calculer le rendement de l’installation.
P
2880
η = ut =
= 0,33 ⇒ 33%
Pabs 8600