Sequence 10 - énergie cinétique
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Alban du Plessis Energie cinétique Séquence 10 : énergie cinétique et sécurité routière Cours niveau troisième Objectifs : - Connaître, comprendre et savoir utiliser la formule donnant l’énergie cinétique d’un solide en translation - Savoir que l’énergie cinétique se mesure en joules (J) - Savoir que la distance de freinage croît plus rapidement que la vitesse Voir également votre manuel pages 136 à 138. Rappels : ce que vous savez déjà - la masse correspond à une quantité de matière, elle s’exprime en kilogrammes (kg) Plus un véhicule se déplace rapidement, plus il lui faut de distance pour s’arrêter Plus un véhicule se déplace rapidement plus les dégâts sont importants en cas d’accident Définition Vitesse : distance parcourue par unité de temps. L’unité de la vitesse est le mètre par seconde (m/s). Un objet se déplaçant à 5 m/s parcours 5 mètres chaque seconde. Energie cinétique : l’énergie cinétique est l’énergie que possède un corps du fait de son mouvement. Situation Le document ci-contre présente le taux de mortalité d’un piéton lors d’un choc avec une voiture en fonction de la vitesse de la voiture. Décrire la situation et proposer une explication : ………………………………………………… ………………………………………………… ………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………….. Collège des Tilleuls – Annecy Page 1 sur 9 Physique - Chimie Alban du Plessis Energie cinétique ………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………….. BSR Le BSR (Brevet de Sécurité Routière) a été mis en place en 1997 car le nombre d'adolescents victimes d'accidents de cyclomoteur 50cm3 (mobylette et scooter) ne cessait de croître... Concrètement, le BSR consiste en un examen à la fois théorique et pratique des aptitudes à rouler en deux roues 50cm3 dans de bonnes conditions. Une fois cet examen réussi, le jeune reçoit une attestation qu'il devra pouvoir présenter aux forces de l'ordre. Si le jeune se trouve dans l'incapacité de présenter son certificat de BSR, il est passible d'une amende forfaitaire de 35 €. Vous pouvez passer l'examen pratique du BSR dans les auto et moto-écoles agréées. Cette prestation est payante (de 70 € à près de 300 € selon les établissements) et nécessite de présenter l'ASSR (Attestation Scolaire de Sécurité Routière). L’énergie cinétique Camille Honnête roule en vélo à vive allure. Elle percute un moustique. Elle ne le remarque même pas. Un peu plus loin, elle percute un gros bourdon et cela lui laisse une grosse marque rouge sur la joue. Pourquoi ? ………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………….. Collège des Tilleuls – Annecy Page 2 sur 9 Physique - Chimie Alban du Plessis Energie cinétique On peut donc en conclure que l’énergie cinétique dépend de : ………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………….. L’énergie cinétique : la formule On note l’énergie cinétique Ec, la masse m et la vitesse v. La formule permettant de calculer l’énergie cinétique est : Avec : Ec, l’énergie cinétique exprimée en joules (J) m, la masse de l’objet en kilogrammes (kg) v, la vitesse de l’objet, en mètres par seconde (m/s) Attention ! La vitesse s’exprime en mètre par seconde (m/s) et non pas en kilomètre par heure (km/h). Il faut donc être capable de convertir une vitesse donnée en km/h en m/s. Conversions de vitesses Pour passer de km/h à m/s Charles Attant roule en ville à 45 km/h. Comment connaître sa vitesse en m/s ? ………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………….. Collège des Tilleuls – Annecy Page 3 sur 9 Physique - Chimie Alban du Plessis Energie cinétique Conclusion : Pour convertir des km/h en m/s, il faut ……………………………………………………. Pour passer de m/s à km/h C’est l’opération inverse, il faut …………………………………………………………….. On retient : On divise par 3,6 km/h m/s On multiplie par 3,6 Compléter le tableau ci-dessous Vitesse Piéton Vélo Voiture Avion de ligne Avion de chasse Fusée Lumière En km/h 4 20 En m/s 25 900 400 11 000 300 000 000 Compréhension et utilisation de la formule de l’énergie cinétique Préambule : Prenons deux balles de même diamètre mais ayant des masses différentes (balle de tennis et boule de pétanque par exemple). Pesons les. Masse de la balle de tennis : ………………………….. Masse de boule de pétanque :…………………… On constate que ces deux balles ont à peu près le même diamètre mais des masses différentes. Plus un objet est lâché de haut, plus sa vitesse lorsqu’il atteint le sol est importante. On admettra ici qu’une balle de tennis et une boule de pétanque lâchées d’une même hauteur atteignent le sol à la même vitesse si cette hauteur n’est pas trop importante (car on peut négliger les frottements de l’air). Expérience : En prenant en compte les informations du préambule, proposer un protocole expérimental permettant de mettre en évidence l’influence de la vitesse sur l’énergie cinétique : Collège des Tilleuls – Annecy Page 4 sur 9 Physique - Chimie Alban du Plessis Energie cinétique Réponse : ………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………….. Résultats : ………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………….. En prenant en compte les informations du préambule, proposer un protocole expérimental permettant de mettre en évidence l’influence de la masse sur l’énergie cinétique : Réponse : ………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………….. Résultats : ………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………….. Collège des Tilleuls – Annecy Page 5 sur 9 Physique - Chimie Alban du Plessis Energie cinétique Application Tom Hat avec sa mobylette représente une masse de 112 kg. On veut ici calculer son énergie cinétique en fonction de sa vitesse. Remplir le tableau suivant : Vitesse en km/h Vitesse en m/s Energie cinétique en J 0 10 20 30 40 50 Tracer ensuite l’évolution de l’énergie cinétique en fonction de la vitesse sur le graphique suivant : Energie cinétique en Joules 11000 10000 9000 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 Vitesse en km/h 10 20 30 40 50 On constate que : La courbe obtenue n’est pas une droite mais une parabole : l’énergie cinétique est proportionnelle au carré de la vitesse. La distance de freinage est proportionnelle à l’énergie cinétique. Elle croît donc plus rapidement que la vitesse. Si la vitesse d’un véhicule double, son énergie cinétique et donc sa distance de freinage est multipliée par 4 (et non pas par 2). Collège des Tilleuls – Annecy Page 6 sur 9 Physique - Chimie Alban du Plessis Energie cinétique Application à la sécurité routière La distance d’arrêt (DA) est égale à la distance de réaction (DR) plus la distance de freinage (DF). La distance de réaction est la distance parcourue entre le moment où le conducteur voit l’obstacle et le moment où il commence à freiner (distance parcourue en une seconde si le conducteur a de bons réflexes, cette durée peut passer à 2 secondes sous l’emprise de l’alcool). La distance de freinage est la distance parcourue par le véhicule entre le début du freinage et le moment où le véhicule est immobilisé. CETTE DISTANCE EST DIRECTEMENT PROPORTIONNELLE À L’ENERGIE CINETIQUE. Calculer la distance parcourue en une seconde par la moto et la voiture sur le document ci-dessous : Si une moto roulant à 50km/h a besoin de 50m pour s’arrêter, quelle distance sera nécessaire pour qu’elle s’arrête à 100km/h ? Réponse : ………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………….. Collège des Tilleuls – Annecy Page 7 sur 9 Physique - Chimie Alban du Plessis Energie cinétique ………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………….. Exercice 7 page 144 ………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………….. Exercice 8 page 144 ………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………….. Exercice 11 page 145 1 : La force d’impact d’un véhicule lancé à 90 km/h est ………… fois supérieure à celle d’un véhicule lancé à 30 km/h. 2 : Quand on double sa vitesse, la distance de freinage est ……………………….. 3 : A 50km/h, on parcourt ………………. 4 : L’intervalle de sécurité étant de 2 secondes, s’il n’y a qu’un mètre entre deux véhicules, il faudra rouler à ……….. Collège des Tilleuls – Annecy Page 8 sur 9 Physique - Chimie Alban du Plessis Energie cinétique A retenir : - L’énergie cinétique est l’énergie que possède un corps du fait de son mouvement - L’énergie cinétique s’exprime en joules (J) - La formule donnant l’énergie d’un objet est Ec = ½ mV2 avec V la vitesse de l’objet en m/s et m sa masse en kg - L’énergie cinétique dépend de la masse et de la vitesse - La distance de freinage croît plus rapidement que la vitesse QCM d’entrainement : Vrai 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Faux A 50 km/h on parcourt 50m en une seconde S’il faut 70 m pour s’arrêter à 60 km/h, il faut 140 m pour s’arrêter à 120 km/h La prise d’alcool augmente la distance de freinage La prise d’alcool augmente le temps de réaction La prise d’alcool augmente la distance d’arrêt Plus l’énergie cinétique d’un véhicule est importante, plus les dégâts sont importants en cas de collision Lorsque la vitesse d’un véhicule double, sa distance de freinage quadruple Si à 50 km/h la distance de réaction est 20m, à 100 km/h elle est de 40m Si à 50 km/h la distance de freinage est 20m, à 100 km/h elle est de 40m Lorsque l’on freine, on dissipe l’énergie cinétique Fin Collège des Tilleuls – Annecy Page 9 sur 9 Physique - Chimie
