Classe de 1ère S Physique-Chimie

Classe de 1ère S
Physique-Chimie
Thème abordé : Conservation de l’énergie
Pré-requis :
 Energie mécanique
 Energie cinétique
 Energie potentielle de pesanteur
Exercice 1 :
Un cycliste roule sur une route plane et horizontale à la vitesse V = 20 km.h -1 . Arrivant au pied d'une montée, il cesse
de pédaler. Quelle distance parcourt-il sur la pente, si on néglige les frottements ?
Données :
* intensité de la pesanteur : g = 10 N.kg -1 .
* Pente de 20%
Exercice 2 :
Cet exercice étudie le franchissement d'une barre positionnée à 2,45 m lors d'un record mondial de saut en hauteur.
L'athlète, de masse m = 83,0 kg, sera modélisé uniquement par son centre d'inertie G situé à 1 m du sol au départ. Au
cours du saut, son centre d'inertie G passe par un point haut situé à 1 cm au dessus de la barre.
1. Quelle est la variation d'énergie potentielle de pesanteur lors du saut ?
Après sa course d'élan, l'athlète possède la vitesse v = 5,55 m.s -1 pied de la barre.
2. Quelle hauteur théorique peut-il atteindre si on suppose que toute son énergie cinétique initiale est convertie en
énergie potentielle de pesanteur ?
3. En fait, au point le plus haut, le sauteur conserve un peu d'énergie cinétique car la composante horizontale de sa
vitesse ne s'annule pas ; elle a pour valeur 0,73 m.s -1 .
Calculer la somme des énergies cinétique et potentielle de l'athlète au départ du saut puis au point le plus haut.
Conclure.
Donnée : intensité de la pesanteur : g = 10 N.kg -1 .
Exercice 3 :
Une tuile de masse m=0,9 kg tombe d’une hauteur h=25m. Sa vitesse initiale est nulle. Elle est animée d ’un mouvement
de translation rectiligne vertical. Les forces de frottement exercées par l ’air sont considérées comme négligeables.
1. Donner l’expression de l’énergie cinétique Ec de la tuile au cours de sa chute.
2. Donner l’expression de son énergie potentielle de pesanteur Ep. On prendra comme origine des altitudes le niveau
du sol (z=0) ; l’axe vertical est orienté vers le haut.
3.a)Donner l’expression de l’énergie mécanique de la tuile au cours de sa chute
3.b) Enoncer le principe de conservation de l’énergie mécanique.
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3.c) Appliquer ce principe afin de déterminer son énergie cinétique Ec’ et sa vitesse(en m.s et km.h ) lorsqu’elle
frappe le sol.
4. Pourrait-on avec cette expression de l’énergie cinétique déterminer la vitesse de la tuile si celle-ci tournoyait dans
l’air ? Justifier
5. Lorsque la tuile frappe le sol, sa vitesse est inférieure à la valeur trouvée à la question 3. Donner l ’explication.
Exercice 4 :
On lance une petite pierre de masse m = 100 g verticalement, vers le haut. La pierre part d'un point O, pris comme
-1
origine des altitudes, avec une vitesse initiale v o = 15 m.s . On néglige l'action de l'air.
1. Calculer l'altitude maximale atteinte.
Donnée : intensité de la pesanteur : g = 10 N.kg -1 .
Exercice 5 :
Le ski de vitesse est le sport non-motorisé où les pointes de vitesse sont les plus élevées après le parachutisme. La
piste de vitesse comporte trois zones : une zone d'élan, une zone de chronométrage, une zone de freinage. Le record
-1
-1
du monde pour les femmes est de 242,590 km.h ; pour les hommes, il est de 251,400 km.h
On considère une piste dont la zone d'élan a une longueur l = 900 m pour un dénivelé h = 450 m.
1. En adoptant le bas de la piste d'élan comme niveau de référence, calculer l'énergie potentielle de pesanteur d'un
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skieur de masse m = 100 kg (avec son équipement) lorsqu'il est en haut de la piste.
-1
Donnée g = 10 N.kg .
2a. Calculer l'énergie cinétique du skieur qui franchit la fin de la zone d'élan à la vitesse de 250 km.h -1 .
-1
b. À quelle vitesse, exprimée en km.h , roulerait une voiture de masse m = 1,00 tonne possédant la même énergie
cinétique ?
3a. Comparer l'énergie mécanique initiale du skieur à son énergie mécanique finale. Se conserve-t-elle ?
b. Déterminer l'énergie mécanique transformée en énergie thermique lors de cette prise d'élan.
c. Le skieur est-il soumis à des forces de frottement lors de sa prise d'élan ?
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