09/03/2017 P16_conservation_energie_mecanique.doc 1/2
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S Thème : Lois et modèles TP n°21
Physique Conservation de l’énergie mécanique Chap.16
Objectifs :
Connaître et utiliser l’expression de l’énergie cinétique d’un solide en translation et de l’énergie potentielle de
pesanteur d’un solide au voisinage de la Terre.
Exploiter un enregistrement pour étudier l’évolution de l’énergie cinétique, de l’énergie potentielle et de l’énergie
mécanique d’un système au cours d’un mouvement.
Lors d’un orage violent, on peut observer la formation de
grêlons qui viennent frapper le sol en provoquant de
nombreux dégâts. Pour comprendre ce phénomène, il faut
comprendre que ces dégâts sont dus à l’énergie cinétique que
possèdent ces grêlons.
Comment évolue l’énergie d’un objet en chute dans un fluide ?
Définitions
L’énergie cinétique, en joules (J), de la balle à l’instant t, notée Ec, est définie par :
EC = 1
2 m v²
m représente la masse de la balle (en kg)
v la valeur de sa vitesse (en m.s-1) à l’instant t.
L’énergie potentielle de pesanteur, en joules (J), de la balle à l’instant t, notée Epp, est définie par :
Epp = mgz
m représente la masse de la balle(en kg)
z est l’altitude (en m) de son centre de gravité repérée sur un axe vertical (Oz) orienté vers le haut
g est l’intensité de la pesanteur terrestre (g = 9,81 N.kg-1).
On choisit ici : Epp = 0 pour z = 0 (altitude de référence des énergies potentielles de pesanteur).
L’énergie mécanique, en joules (J), de la balle dans le champ de pesanteur terrestre est définie par : EM = EC + Epp
I. Etude du mouvement de chute libre
Protocole expérimental
On souhaite étudier les diverses formes d’énergie que possède une balle de masse m = 45 g, lâchée
verticalement. La vidéo se nomme chute libre.
Suivre le protocole acquisition du mouvement au dos de cette feuille pour obtenir les mesures de t, x et y.
Calculs préliminaires
Calcul des vitesses instantanées
Aller dans Grandeurs, onglet Expressions.
Définir la composante horizontale de la vitesse vx, de la
composante verticale de la vitesse vy et la norme v de la vitesse
grâce aux expressions ci-contre.
Toutes ces grandeurs sont en m/s.
Cliquer sur Mise à jour et vérifier que dans l’onglet Tableau les 3
variables apparaissent avec les unités.
Calcul de l’énergie cinétique EC
Cliquer sur l’onglet Paramètres. Cliquer sur l’icône Y+ . Les
paramètres expérimentaux sont m (en kg) et g (en N/kg).
Entrer leur valeur respective (avec g = 9,81 N/kg à Rennes).
Cliquer sur l’onglet Tableau. Ensuite, faire calculer Y+ l’énergie
cinétique EC (en J) avec l’expression : Ec = 1/2 * m * v^2.
Calcul de l’énergie potentielle de pesanteur Epp.
L’origine du repère est définie comme énergie potentielle de
pesanteur de référence Epp(sol) = 0.
Faire calculer Y+ l’énergie potentielle de pesanteur Epp (en J)
pour chaque position : Epp = m * g * y.