TD 4 Physique : Énergie.

TD 4 Physique :
Énergie.
Outils pour Biologistes 2 : 30BU03SV –
2016-2017
Exercices encadrés
1 Hauteur de lancer, via l’éner-
gie
Une balle de masse m= 250 g est lancée ver-
ticalement vers le haut avec la vitesse initiale v=
1 m.s−1. On veut calculer la hauteur maximale h
atteinte par la balle uniquement par les principes
énergétiques, sans utilisation du P.F.D. On notera
l’accélération de la pesanteur g. On néglige ici tout
frottement.
1. Quelle est l’énergie cinétique initiale de la
balle et quelle sera son énergie cinétique à
1

la hauteur maximale ?
2. Quelle est la variation d’énergie potentielle
entre la position initiale du lancer et la posi-
tion à la hauteur maximale ?
3. Quelle est la hauteur maximale atteinte ?
4. Quel est le travail de la force de pesanteur
pendant la montée de la balle ?
5. Reliez ce travail à la différence d’énergie ci-
nétique.
2 Un calcul d’énergie phy-
siologique
2.1 Rappels/discussion notions de
base
2.1.1 Unités utilisées pour la grandeur « éner-
gie ». Rappeler la définition du joule dans le sys-
tème international. On utilise souvent la calorie (sym-
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bole cal) avec la conversion 1 cal = 4,184 J. Pour-
quoi ? Cette calorie ne doit pas être confondue avec
la « grande calorie » (symbole Cal ou kcal), très uti-
lisée aussi (dans quel contexte ?) et qui correspond
à une kilocalorie.
D’autres unités pour l’énergie existent encore et
sont d’usage courant. Discuter de quelques exemples
que vous pourriez connaître et donner une raison à
l’existence d’une telle diversité d’unités d’usage pour
l’énergie.
2.1.2 Puissance. Rappeler la définition de la
puissance et les unités utilisées.
2.2 Énergie, puissance et cyclisme
Lors de la 10eétape du Tour de France 2011,
André Greipel a remporté le sprint final en dévelop-
pant pendant les 21 dernières secondes une puissance
moyenne de 1 356 W avec un pic de puissance à 1 680
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W et une vitesse de pointe de 73 km/h 1.
De nombreuses mesures ont permis de montrer
que l’effort déployé par les cyclistes sert essentielle-
ment à s’opposer à la résistance de l’air, et que moins
de 10 % de la puissance développée sert à s’opposer
à la friction de roulement dans les moyeux des roues
et des pneus sur la route 2.
2.2.1 Avec les données ci-dessus, on se propose
d’estimer la vitesse qui peut être atteinte durant un
sprint.
La force de résistance de l’air s’exprime sous la
forme :
Ra=1
2ρA Cxv2
1. http://www.endurance-sport-performance.
com/lire/blog-actu-performance-5/
puissance-au-sprint-d-andre-greipel-30.html
2. http://sportech.online.fr/sptc_idx.php?pge=spfr_
xfd.html ,http://aees.free.fr/docs%20liens/cours/M1%
20semestre%201/Resistance_a_l’avancement.pdf
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avec ρ'1,3kg.m−3la masse volumique de l’air,
Ala section que présente le cycliste à la masse d’air
qu’il traverse, Cxun coefficient numérique dépen-
dant de la forme et vla vitesse.
D’après les études des site web donnés en lien, on
peut considérer que le produit A Cx, qu’on appelle
aussi coefficient de pénétration, vaut :
A Cx(m2) Type profil de cycliste
0,40 traditionnel avec bras tendus
0,35 traditionnel avec bras fléchis
0,30 traditionnel avec mains en bas du guidon
0,25 « contre la montre » ou triathlète
— Quelle est l’expression de la puissance déve-
loppée par le cycliste en fonction de la vitesse
vsi toute cette puissance servait à vaincre la
force de résistance de l’air ?
— En déduire la vitesse maximale théorique d’An-
dré Greipel durant son sprint.
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