tp-TH ENERGIE CINETIQUE - Terminale STI2D

Activité expérimentale : Y a-t-il un lien entre une variation d’énergie cinétique et le travail d’une force ?
Conservation ou non de l’énergie mécanique ?
Une remorque de 500 kg est tractée sur 500 m sur une
route horizontale par une voiture qui exerce une force de
traction d’intensité F = 25 N.
On supposera que c’est l’unique force qui travaille (on
néglige les frottements de la remorque avec la route).
1. Pourquoi le travail du poids est-il nul lors de ce déplacement ?
2. Pourquoi le travail de la réaction de la route sur la remorque est-il nul lors de ce déplacement ?
3. Calculer le travail de la force de traction lors de ce déplacement.
4. En supposant que la remorque est à l’arrêt au début du déplacement, que vaut son énergie cinétique Ec (A) ?
5. Quelle sera l’énergie cinétique Ec (B) de la remorque à la fin de ce déplacement ? En déduire la vitesse vB.
Pour pouvoir répondre à cette question vous allez établir une loi mécanique en vous appuyant sur l’aide ci-
dessous :
Aide : Exploitation d’une vidéo pour répondre à la question 5.
On se propose d’exploiter, à l’aide du logiciel Avistep, une vidéo 50gencode.avi d’un mobile autoporteur de
masse m = 1,001 kg glissant sur une table horizontale et soumis à une force constante 𝐹
⃗ d’intensité F = 0,47 N.
Seule la force 𝐹
⃗ travaille.
 définir une échelle.
 choisir un repère (en bas et à gauche du mobile).
 pointer les positions successives du mobile.
 A l’aide du tableau de valeurs, relever les valeurs des vitesses en deux points :
A (au début de la trajectoire) et B (vers la fin).
 Calculer les énergies cinétiques EC (A) puis EC (B) et la variation : Δ EC = EC (B) - EC(A).
 Calculer le travail de la force 𝐹
⃗ lors de ce déplacement AB. W AB ( 𝐹 ⃗ ) = F.AB
 Comparer W AB ( 𝐹
⃗ ) et Δ EC. Conclusion.
6. Donner les valeurs des énergies potentielles de pesanteur au début et à la fin du déplacement.
On prendra la route comme origine des énergies potentielles.
7. En déduire la valeur de l’énergie mécanique Em (A) au début du déplacement et la valeur de l’énergie
mécanique Em (B) à la fin du déplacement.
8. Y a-t-il conservation de l’énergie mécanique ?
Si non, dans quel cas aurait-on conservation de l’énergie mécanique ?
9. D’après vos souvenirs de première, citer un exemple de conservation de l’énergie mécanique.

APPLICATION :
Le théorème de l’énergie cinétique permet également d’évaluer une distance de freinage :
Lors d’un freinage d’urgence, le temps que met une voiture pour s’arrêter se décompose en 2 parties :
- Le temps nécessaire au conducteur pour prendre conscience de la situation et appuyer sur le frein. Il est
d’une seconde environ et correspond à la distance de réaction DR.
- Le temps de freinage, qui correspond à la distance de freinage DF.
1°) quels sont les facteurs influençant le temps de réaction ?
2°) citer quelques facteurs qui influent sur la distance de freinage.
A l’instant t = 0 s, le moteur est arrêté, et la vitesse du véhicule est de 60 km.h-1. Le coefficient d’adhérence f =
tan des pneus sur la route est de 0,8 sur route sèche et de 0,4 sur route mouillée. Sur le schéma seule la réaction
R est représentée. Elle se décompose en deux forces N perpendiculaire à la route et Ffrott avec R = N + Ffrott
On néglige les frottements de l’air sur la voiture.
3°) quelle est l’autre force extérieure qui agit sur le véhicule ?
4°) en appliquant le principe fondamental de la dynamique et en le projetant sur l’axe horizontal et sur l’axe
vertical, exprimer Ffrott en fonction de m, g et f (astuce : utiliser la relation tan = Ffrott/N)
5°) En utilisant le théorème de l’énergie cinétique, exprimer la distance de freinage DF du véhicule.
6°) Calculer la distance de réaction DR.
7°) Calculer pour une route sèche et pou une route mouillée la distance de freinage DF.
8°) En déduire la distance d’arrêt sur route sèche et sur route mouillée.
9°) recommencer les calculs des questions 6 à 8 pour une vitesse du véhicule de 120 Km.h-1. Comment évolue la
distance de freinage avec la vitesse ?