Travail d`études secondaires 2010 Physique 514

Travail
d'études
secondaires
2010
Physique 514
L'énergie cinétique
Nom:
Prénom:
Groupe:
Date:
1. Un chariot se déplaçant à 2 m/s a une masse de 8 kg. Quel travail faut-il fournir pour
augmenter sa vitesse à 3 m/s?
2. Calcule l'énergie cinétique d'une masse de 0,5 kg se déplaçant à la vitesse de 3 m/s.
3. Une masse de 2 kg se déplace à une vitesse de 1,5 m/s.
a) Calcule son énergie cinétique.
b) Si en appliquant une force, la vitesse devient deux fois plus grande, quelle sera la nouvelle
énergie cinétique de cette masse?
4. Un chariot de 10 kg possède une énergie cinétique de 20 joules. Quelle est sa vitesse?
5. Une pierre de 25 g attachée à une corde tourne en cercle à la vitesse de 2 m/s. Détermine
son énergie cinétique.
6. À une vitesse de 4 m/s, un corps possède une énergie cinétique de 72 joules. Calcule sa
masse.
7. Une masse en mouvement possède une énergie cinétique "X". Que devient cette énergie
si:
a) on double la masse seulement?
b) on triple la vitesse seulement?
c) on double la masse et on triple la vitesse?
8.Un corps en mouvement possède une énergie cinétique de 6 J. Quelle sera L'énergie
cinétique si la masse:
a) double.
b) diminue de moitié.
9. Deux wagons, de même masse, se déplacent l'un vers l'autre aux vitesses suivantes:
L'énergie cinétique du wagon B est de combien de fois plus grande que celle du wagon A?
10. Pour que l'énergie cinétique d'un corps devienne 9 fois plus grande, on peut:
sa masse
fois.
ou
sa vitesse
fois.
11. Un wagon de masse m se déplace à la vitesse v. Si on quadruple sa masse et qu'on
diminue sa vitesse de moitié, que peut-on conclure de la nouvelle énergie cinétique du
wagon?
A) 2 fois plus grande
B) 2 fois plus petite
C) 13 fois plus grande
D) 16 fois plus petite
E) elle reste la même
12. Un chariot de 2kg se déplace à la vitesse de 3 m/s. Si une force de 10N augmente sa
vitesse à 5 m/s sur quelle distance a-t-elle agi?
13. Lorsqu'on appuie sur l'accélérateur d'une auto, on peut affirmer que le moteur a fait un
mécanique qui se traduit par une augmentation d'énergie. D'autre
part, les freins arrêtent l'auto. Ils ont certainement fait un
mécanique qui se traduit car une perte d'énergie
.
14. Dès qu'une pierre tombe en chute libre, elle accélère sous l'influence de l'attraction
gravitationnelle. On peut donc dire que la terre fait un
mécanique.
L'énergie
de la pierre augmente.
15. Quelle est l'énergie cinétique finale d'une masse de 10 kg partant du repos si une force
de 5 N agit sur une distance de 3 m et que les forces de frottement sont nulles.
16. Un chariot a une masse de 7 kg. Quelle force parallèle au déplacement doit-on exercer
pour augmenter la vitesse de 2 m/s à 6 m/s sur une distance de 3 mètres si les forces de
frottement sont nulles?
17. Une petite fille pousse un carrosse avec une force de 50 N. Quelle est l'énergie cinétique
du carrosse si sa masse est 15 kg et que sa vitesse initiale est nulle? Cette force agit sur une
distance de 3 m et on suppose que les forces de frottement sont nulles.
18. Une auto de 1 500 kg voit sa vitesse augmenter de 5 m/s à 25 m/s sur une distance de 50
m.
a) Calcule l'augmentation d'énergie cinétique.
b) Calcule la force exercée par le moteur.
19. Une voiture s'arrête sur une distance de 15 mètres à partir d'une vitesse de 50 km/h.
a) Si la voiture a une masse de 1 500 kg, calcule l'énergie cinétique perdue par la voiture?
b) Quelle est la valeur de la force de frottement responsable de l'arrêt de cette voiture?
20. Une force de 50 N est appliquée à un corps de 200 grammes sur une distance de 10 cm.
a) Quel est son gain en énergie cinétique?
b) Si le corps est initialement au repos, quelle sera sa vitesse finale?
21. Un corps de masse égale à 5 kg est soumis à l'action d'une force horizontale dont la
grandeur varie selon la position comme l'indique le graphique ci-dessous.
Force en fonction du déplacement
F = f (Δx)
Force ( F) N
3
2
1
0
0
1
2
3
4
5
6
Déplacement (Δx) m
a) Pour déplacer ce corps à partir de l'origine jusqu'à une distance de 4 mètres, quel travail
doit effectuer cette force?
b) Quelle est la variation d'énergie cinétique de ce corps entre 0 et 4 mètres?
c) Quelle est la variation d'énergie cinétique de ce corps entre 4 m et 6 m?
22. Énonce la loi de conservation de l'énergie en tes mots.
23. Pour vérifier si tu as bien compris la notion de conservation de l'énergie mécanique, dans
chacun des cas suivants, identifie les formes d'énergie en présence à différents instants de
mouvement. Une boule allant et venant sur deux plans inclinée sans frottement et se faisant
face.
Point 1:
Point 2:
Point 3:
Point 4:
Point 5:
24. Le pendule d'une horloge qui oscille de part et d'autre d'une position centrale. Pour
vérifier si tu as bien compris la notion de conservation de l'énergie mécanique, dans chacun
des cas suivants, identifie les formes d'énergie en présence à différents instants de
mouvement.
Point 1:
Point 2:
Point 3:
Point 4:
25. Une masse en haut d'un plan incliné va comprimer un ressort qui se trouve en
bas.
Point 1:
Point 2:
Point 3:
Point 4:
26. Le schéma suivant montre une balle arrêtée et une autre se déplaçant à vitesse v
La collision provoque l'arrêt de la balle en mouvement. En utilisant la loi de conservation de
l'énergie, décris se qui va se passer.
27. Une pierre lancée dans les airs perd de la vitesse, donc de l'énergie cinétique. Est-ce que
cet exemple contre-dit la loi de conservation d'énergie?
Justifie ta réponse.
28. Une bille part du repos du point A et roule le long de la pente sans frottement jusqu'en F.
Soit un choix de réponses:
A)
B)
Maximum
Diminue
C)
D)
Constante
Nulle
E)
Augmente
Pour chacun des numéros suivants, indique la lettre correspondant a la meilleure réponse.
a)
b)
c)
d)
e)
f)
g)
h)
i)
j)
k)
l)
m)
n)
o)
p)
q)
r)
s)
t)
u)
Vitesse de la bille entre A et B
Vitesse de la bille entre B et C
Vitesse de la bille entre C et D
Vitesse de la bille entre D et E
Vitesse de la bille entre E et F
Vitesse de la bille en F
Énergie cinétique en A
Énergie cinétique entre A et B
Énergie cinétique entre B et C
Énergie cinétique entre C et D
Énergie cinétique entre D et E
Énergie cinétique entre E et F
Énergie cinétique en F
Énergie potentielle en A
Énergie potentielle entre A et B
Énergie potentielle entre B et :C
Énergie potentielle entre C et D
Énergie potentielle entre D et E
Énergie potentielle entre E et F
Énergie potentielle en F
Somme des énergies (Ep + Ek)
en A, B C, D, E ou F
29. On laisse tomber en chute libre une pierre de 3 kg d'une hauteur de 5 m.
Calcule son énergie cinétique à 2 m du sol.
30. Un wagon de train se déplace dans une cour de triage à la vitesse de 2 m/s. Il descend
une pente de 1 mètre de hauteur et continue son mouvement jusqu'à ce qu'il soit arrêté par
un butoir équipé d'un ressort. On suppose que le frottement est nul.
a)
Quelle est la valeur de l'énergie cinétique quand le wagon passe au point A? La masse
du wagon est de 3 000 kg
b)
Quelle est l'énergie potentielle emmagasinée dans le ressort au moment ou il a
arrêté le wagon?
31. Une masse de 16 kg est placée à 8 m du sol. Quelle est la valeur de l'énergie cinétique
au moment où la masse est rendue à 2 m du sol?
32. Le schéma suivant montre un ressort de constante d'élasticité égale à 400 N/m
comprimé d'une longueur de 0,5 m. Une boule de 4 kg est placée devant le ressort. Quelle
sera la vitesse de la boule lorsque le ressort sera complètement relâché?
33. Une masse de 10 kg est placée à 8 m au-dessus du sol. Quelle est la valeur de l'énergie
cinétique de cette masse après une chute de 6 m?
34. Une masse de 3 kg se déplace sans frottement à une vitesse de 2 m/s. Elle frappe un
ressort dont la constante de rappel vaut 10 3 N/m.
a) Quelle est l'énergie totale du système?
b) Quelle est l'énergie potentielle emmagasinée dans le ressort à l'instant précis ou il a arrêté
la masse?
35. On laisse partir la masse d'un pendule, sans vitesse initiale, d'une hauteur de 10 cm audessus du niveau de sa position d'équilibre. En te basant sur le principe de la conservation
d'énergie, calcule la vitesse maximum de la masse du pendule.
36. Le système illustré est conçu de façon telle qu'il n'y a aucune force de frottement entre la
bille et la surface. A cet endroit, " g" vaut 10 m/s2 et la masse de la bille est de 1 kg. (La
vitesse initiale de la bille est 0 m/s).
a) Quelle est l'énergie totale en position de départ?
b) Quelle est l'énergie totale en R?
en S
J?
J
c) Quelle est la vitesse maximale de la bille?
37. Un ressort dont la constante de rappel vaut 500 N/m est comprimé de 3 cran pour
lancer une bille de 0,5 kg dans les airs.
Si la résistance de l'air est négligeable, quelle hauteur montera la bille?
38. L'énergie totale d'un mobile est de 200 J au sommet d'un plan incliné. Les forces de
frottement n'étant pas éliminées, on laisse descendre le mobile le long du plan incliné en
partant du repos. Son énergie cinétique au bas du plan est de 150 J. On peut donc conclure
que:
A)
Les 50 J qui manquent sont de l'énergie potentielle que le mobile conserve au bas-du
plan incliné.
B)
Les 50 J qui manque sont la perte d'énergie due aux forces de frottement.
C)
La loi de la conservation de l'énergie ne s'applique pas dans ce cas.
D)
Les calculs sont certainement faux. Nous n'avons pas assez d'informations pour
résoudre ce problème.
39. Une automobile de masse m roule à une vitesse constante. Son énergie cinétique est
égale à:
A)
B)
C)
mv
mv 2
mv/2
D) mv2/2
E) m2v 2/2
40. Un chariot dont la masse est de 4 kg se déplace à une vitesse constante de 6 m/s. Son
énergie cinétique est égale à:
A)
B)
C)
12 J
24 J
72 J
D)
E)
144 J
288 J
41. Un corps se déplace sur une surface lisse. Son énergie cinétique augmente de E k1 à Ek2 à
cause du travail W d'une force F qui agit sur le corps. Laquelle des équations suivantes
traduit cette situation?
A)
B)
C)
W = Ek1 + Ek2
W = Ek2 - Ek1
F = Ek2 - Ek1
D) F = Ek1 + Ek2
E) W x F= Ek1 + Ek2
42. Un mobile dont la masse est de 6 kg se déplace à une vitesse constante de 12 m/s sur
une surface lisse. Une force de 9 N agit sur le mobile jusqu'à ce que sa vitesse devienne 20
m/s. L'énergie cinétique du mobile a augmenté de:
A)
B)
C)
192 J
288 J
432 J
D)
E)
768 J
1200 J
43. Soit les situations suivantes:
I. Le pendule oscillant d'une horloge.
II Une collision parfaitement élastique entre deux mobiles.
III Un accident de la route impliquant deux automobiles.
Quelle(s) situation(s) illustre(nt) la loi de la conservation de l'énergie?
A)
B)
C)
I seulement
II seulement
III seulement
D) I et II
E) I, II et III
44. Un corps dont la masse de 12 kg et placé 8 m du sol tombe en chute libre. (g = 10m/s 2)
Quelle est son énergie totale au moment de frapper le sol?
A)
B)
C)
48 J
96 J
384 J
D)
E)
480 J
960 J
45. Lorsqu'on triple la vitesse d'un mobile, son énergie cinétique
A)
B)
C)
D)
E)
Triple
est constante
est neuf fois plus petite
est trois fois plus Petite
est neuf fois plus grande
46. Quelle variation subit l'énergie cinétique d'un objet de 5 kg lorsque sa vitesse passe de 5
m/s à 25 m/s en 10 secondes?
A)
B)
C)
1500 J
1000 J
1635 J
D)
E)
3000 J
2000 J
47. Une boule de 1 kg est lâchée du haut d'une tour de 100 mètres de hauteur. Quelle est
son énergie cinétique quand elle passe à 50 mètres. (g = 10 m/s 2).
A)
B)
C)
50 J
100 J
250 J
D) 500 J
E) 1000 J
48. La question suivante a trait à un chariot de "montagnes russes". On négligera tous les
frottements. La masse du chariot est de 100 kg; h et H sont respectivement 2,0 m
et 7,0 m. Quelle doit être la vitesse minimum en M pour que le chariot puisse dépasser le
point Q?
A)
B)
C)
6,3 m/s
50 m/c
10 m/s
D) 11,8 m/s
E) 100 m/s
49. Un mobile pesant 60 newtons, part du repos et accélère à raison de 4 m/s 2 durant 12
secondes. Calculez son énergie après 5 secondes. (g =10 m/s 2)
A) 600 joules
B) 1200 joules
C) 1500 joules
D) 6000 joules
E) 12000 joules
50. La hauteur au-dessus du sol d'un enfant qui se balance varie entre 0,5 mètre et 2,5
mètres. La plus grande vitesse atteinte par l'enfant est approximativement de:
(g = 10 m/s2)
A)
B)
C)
6,3 m/s
40 m/s
62 m/s
D) 200 m/s
E) 2 m/s
Questions m et n:
La vitesse d'une flèche au départ est de 25 m/s. La masse de la flèche est de 75 grammes.
51. L'énergie potentielle de la corde de l'arc lorsqu'elle est tendue est la plus près de:
A)
B)
C)
2 joules
18 joules
23 joules
D) 47 joules
E) 470 joules
52. Si la flèche frappe la cible à 20 mètres de distance à une vitesse de 10 m/s, le travail fait
par la résistance de l'air sur la flèche est environ:
A)
B)
C)
3,4 joules
7,5 joules
20 joules
D) 30 joules
E) 40 joules
Questions o à q inclusivement.
Un objet de 0,5 kg est situé à 20 mètres au dessus du sol. (g = 9,8 m/s 2)
53. Quelle est alors son énergie potentielle?
A)
B)
C)
5 joules
10 joules
49 joules
D) 98 joules
E) 490 joules
54. Si on laisse tomber l'objet, quelle est son énergie totale lorsqu'il est à 10 mètres du sol?
A)
B)
C)
490 joules
98 joules
49 joules
D) 10 joules
E) 5 joules
55. Quelle est sa vitesse lorsqu'il est à 10 mètres du sol?
A)
B)
C)
19,7 m/s
14 m/s
9,8 m/s
D) 10 m/s
E) 4,9 m/s