é nergiechapitre 5

É N E R G I E C H A P I T R E 5
Travail et énergie mécanique Exercice 1
Un travail est fourni lorsqu’on exerce une force sur une distance non nulle (mesurée dans la même
direction que celle de la force).
a) Pour monter une pente, on doit fournir un travail musculaire pour vaincre la force de pesanteur
sur une certaine hauteur.
b) Aucun travail ne doit être fourni pendant une descente en parachute. L’énergie potentielle de
position du parachutiste se transforme spontanément en énergie cinétique et en chaleur par
frottement entre le parachute et l’air.
c) Aucun travail ne doit être fourni pendant une descente à vélo. L’énergie potentielle de position
du cycliste et du vélo se transforme spontanément en énergie cinétique et en chaleur par
frottement au niveau de l’air, du sol et des freins.
d) Il faut agir avec une force sur une certaine distance pour tordre un fil de fer. Il faut donc fournir
un travail.
e) Il faut agir avec une force sur une certaine distance pour tendre un élastique. Il faut donc fournir
un travail.
f) Il faut agir avec une force sur une certaine distance pour tourner la manivelle d’une vitre de
voiture. Il faut donc fournir un travail.
g) Il faut agir avec une force sur une certaine distance pour comprimer le ressort d’un stylo. Il faut
donc fournir un travail.
Physique-Chimie Sciences expérimentales ISBN 2-606-00849-9
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Travail et énergie mécanique Exercice 2
a) Le déplacement étant horizontal, la force qui travaille est la composante horizontale de la force
de traction. Nous voyons sur le schéma de la donnée que cette composante sera la même pour les
trois forces. Le travail accompli (au sens de la physique) sera donc le même dans les trois cas.
b) La notion de fatigue est subjective. Elle n’est pas liée à la mesure d’un travail de nature physique
(on peut se fatiguer sans travailler en portant une valise sur une route horizontale par exemple).
La façon la moins fatigante sera donc la plus confortable; elle dépendra de celle ou celui qui tire
le chariot. On remarque tout de même que la force
r
F
3
est celle qui a l’intensité la plus faible.
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Travail et énergie mécanique Exercice 3
Définition du travail (voir «Le travail d’une force. La puissance» dans le chapitre MÉCANIQUE):
W = F · d ou W = F// · d (si
r
F
n’est pas déjà parallèle à d)
Si nous construisons un schéma à l’échelle qui tient compte de l’angle qui figure sur la donnée
(24°), nous obtenons:
Cela nous permet de mesurer sur le dessin l’intensité de la force utile:
F// = environ 460 N. (Par calcul: F// = F · cos 24° = 500 N · 0,914 = 457 N)
W = F// · d = 460 N · 40 m = 18 400 J
L’homme a effectué un travail de 18 400 joules environ.
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Travail et énergie mécanique Exercice 4
a) On doit exercer une force pour déplacer les objets à l’horizontale à cause des frottements qu’il
faut vaincre.
b) W = F · d = 250 N · 1000 m = 250 000 J
Le travail de cette force vaut 250 000 joules.
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Travail et énergie mécanique Exercice 5
Définition du travail (voir les pages précédentes du livre ainsi que «Le travail d’une force. La
puissance» dans le chapitre MÉCANIQUE):
W = F · d ou W = Epot = m · g · h (quand il s’agit de soulever une masse)
a) W = m · g · h = 60 kg · 10 N/kg · 20 m = 12 000 J
L’ouvrier a effectué un travail de 12 000 joules environ.
b) W = m · g · h = (60+70) kg · 10 N/kg · 20 m = 26 000 J
L’ouvrier a effectué un travail de 26 000 joules environ.
c) Epot = m · g · h = 60 kg · 10 N/kg · 20 m = 12 000 J
L’énergie potentielle du sac a augmenté dans les deux cas de 12 000 joules environ.
d) L’ouvrier a avantage à utiliser la poulie pour monter le sac sinon il doit élever sa propre masse
avec celle du sac.
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