l`énergie mécanique et sa conservation au cours d`un mouvement

Niveau : cycle 4 3ième
Thème : L’énergie et ses conversions
Séquence N°3 : l’énergie mécanique et sa conservation au
cours d’un mouvement
Objectifs :
 Sources et formes d’énergie
 Les deux formes d’énergie mécanique
 Ne pas se fier aux apparences
 Conservation de l’énergie totale
(mécanique) au cours d’un mouvement
 La sécurité routière
Compétences visées
 COM1
 COM2
 COM3
 COM4
 METH3
 METH5
 CIT1
 CIT2
 SYS3
 REP 1
Séances : (4h)
 Les deux formes d’énergie mécanique
 De quoi dépend la vitesse de chute d’un objet ?
 Conservation de l’énergie mécanique totale au cours d’un mouvement
 Sécurité routière

Séance N°1 : Les deux formes d’énergie mécanique
Objectifs : REP 1
L’énergie mécanique est l’énergie du mouvement d’un objet.
Attention, pour étudier un paramètre donné, il faut bien veiller à ne pas faire varier un autre paramètre en
même temps.
Par exemple quand je veux savoir si un végétal a besoin d’eau et de lumière pour pousser, je fais deux
expériences :
 Je mets la même quantité d’eau à plusieurs plantes que je mets à des lumières différentes
 Je mets la même lumière à des plantes que j’arrose différemment.
Nous allons mener une approche qualitative, estimer des résultats expérimentaux puis nous nous ferons une
approche quantitative en séance 2 et 3, mesurer précisément des paramètres physiques.
1) Trouver les paramètres dont peut dépendre l’énergie mécanique. Pour cela vous utiliserez des masses
marquées et du sable. On mesurera la quantité d’énergie à l’impact de l’objet dans le sable
2) Regarder la vidéo sur les barrages
1) où est stockée l’eau par rapport à la centrale
2) De quoi dépend la puissance de la centrale ?
3) Comment obtenir une vitesse d’eau plus importante ?
4) Qui transforme l’énergie mécanique de l’eau en énergie électrique ?

1) Trouver les paramètres dont peut dépendre l’énergie mécanique. Pour cela vous utiliserez des
masses marquées et du sable. On mesurera la quantité d’énergie à l’impact de l’objet dans le sable
En faisant des expériences avec le sable, je note que :
 Plus l’objet est lourd, plus l’impact est grand
 Plus il va vite plus l’impact est grand
 Plus il tombe de haut, plus l’impact est grand
J’en conclus que l’énergie mécanique dépend de la masse, de la vitesse d’un objet et de sa hauteur de chute
2) Regarder la vidéo sur les barrages
1) où est stockée l’eau par rapport à la centrale : elle est stockée en hauteur
2) De quoi dépend la puissance de la centrale ? du débit et de la hauteur de chute
3) Comment obtenir une vitesse d’eau plus importante ? en augmentant la hauteur de chute
notamment
4) Qui transforme l’énergie mécanique de l’eau en énergie électrique ? C’est l’alternateur
J’en conclus que l’eau est stockée en hauteur où elle possède une énergie capable d’être transformée en
vitesse au cours de sa chute
Conclusion :
Pour mener une étude expérimentale avec plusieurs paramètres, je ne fais varier qu’un seul
paramètre à la fois
L’énergie mécanique se décompose en deux parties :
 L’énergie de vitesse dite cinétique qui dépend de la masse et de la vitesse d’un objet
 L’énergie de hauteur dite de position.
 L’énergie de hauteur est convertie en énergie cinétique au cours d’un mouvement
Chaîne de conversion d’un barrage
C’est la chute de l’eau qui permet de convertir l’énergie de positon en énergie cinétique
C’est l’alternateur qui permet de convertir l’énergie cinétique en énergie électrique
énergie de
position
énergie
cinétique
énergie
électrique

Séance N°2 : De quoi dépend la vitesse de chute d’un objet ?
Objectifs : ne pas se fier aux apparences REP1
De quoi dépend la vitesse de chute d’un objet ?
Nous pensons que la vitesse de chute dépend de la masse et de la hauteur de chute
Expérience 1 : La vitesse dépend de la hauteur de chute :
Nous allons faire tomber un même cylindre de différentes hauteurs, par exemple le cylindre en laiton.
Hauteur de
chute en m
0
0,25
0,5
0,75
1
1,25
1,5
Vitesse de
chute en
m.s-1
Quand on lâche une balle de tennis et une boule de pétanque de la même hauteur, on a l’impression que la
plus lourde tombe la première
Expérience :
Nous allons faire glisser des cylindres de différentes masses dans un tube de hauteur constante. Puis nous
allons mesurer la vitesse en sortie de tube grâce à un petit appareil conçu pour. Afin de vérifier la cohérence
des résultats, les élèves passent par groupe de 2 ou 3 et nous faisons plusieurs fois la mesure. A la fin nous
effectuons une moyenne:
Cylindre
en…
Masse
en g
V en
m/s
essai
1
V en
m/s
essai
2
V en
m/s
essai
3
V en
m/s
essai
4
V en
m/s
essai
5
V en
m/s
essai
6
V en
m/s
essai
7
V en
m/s
essai
8
V en
m/s
essai
9
V en
m/s
essai
10
V
moy
en
m/s
Bois
Alu
laiton

De quoi dépend la vitesse de chute d’un objet ?
Nous pensons que la vitesse de chute dépend de la masse et de la hauteur de chute
Expérience 1 : La vitesse dépend de la hauteur de chute :
Nous allons faire tomber un même cylindre de différentes hauteurs, par exemple le cylindre en laiton.
Hauteur de
chute en m
0
0,25
0,5
0,75
1
1,25
1,5
0
2,21
3,13
3,83
4 ,43
4,95
5,42
Vitesse de
chute en
m.s-1
0
2,3
3,21
3,89
4,42
4,97
5,32
On constate que plus la hauteur augmente, plus la vitesse de chute augmente
Expérience 2
Cylindre
en…
Masse
en g
V en
m/s
essai
1
V en
m/s
essai
2
V en
m/s
essai
3
V en
m/s
essai
4
V en
m/s
essai
5
V en
m/s
essai
6
V en
m/s
essai
7
V en
m/s
essai
8
V en
m/s
essai
9
V en
m/s
essai
10
V
moy
en
m/s
Bois
7
2.71
2.61
2.7
2.67
2.74
2.686
Alu
26
2.75
2.71
2.79
2.75
2.67
2.734
laiton
80
2.79
2.62
2.77
2.80
2.81
2.758
Nous obtenons toujours la même valeur.
Et maintenant une vidéo illustrant ces propos
Voici une vidéo d'Etienne Klein qui nous explique pourquoi
Et la vidéo de L'expérience de David Scott sur la Lune en 1971
Conclusion: La vitesse de chute d'un corps ne dépend pas de sa masse dans le vide. Cependant les
frottements de l’air atténuent la chute la vitesse de chute et des objets à fort coefficient de frottement
tomberont beaucoup moins vite que d'autres.
Par contre la vitesse de chute dépend bien de la hauteur, elle est même proportionnelle à 