(version 2012-2013) corrigé (2)

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L’EAU POTABLE – LA DÉFORESTATION – L’ÉNERGIE – LES CHANGEMENTS CLIMATIQUES
LA PRODUCTION ALIMENTAIRE - LES MATIÈRES RÉSIDUELLES
Chapitre 3
1. Qu’est-ce que l’énergie
1.1 La loi de la conservation de l’énergie
1.2 Le rendement énergétique
1.3 L’énergie thermique
 La distinction entre « Chaleur et température »
 La relation entre la chaleur et la masse, la capacité thermique massique
et la température
1.4 L’énergie cinétique

La relation entre l’énergie cinétique, la masse et la vitesse
.
1.5 L’énergie potentielle

La relation entre l’énergie potentielle gravitationnelle, la masse, l’intensité du champ
gravitationnel et la hauteur
.
1.6 L’énergie mécanique

La relation entre l’énergie cinétique et l’énergie potentielle
2. Le mouvement et les forces
2.1 Le mouvement
2.2 Les forces et la modification du mouvement
2.3 Les types de forces

La force gravitationnelle
2.4 L’équilibre entre deux forces
2.5 La force efficace
2.6 Le travail

La relation entre le travail et l’énergie

La relation entre le travail, la force et le déplacement
Verdict (Devoir)
Diagnostic
1. Qu’est-ce que l’énergie

Définition : ____ L’énergie est la capacité d’accomplir un travail ou de provoquer un
changement__________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________

En science et technologie de secondaire 2, tu as appris que les plantes pour produire le glucose
utilisaient une forme d’énergie en provenance du __ Soleil _______________________________.

Dans le soleil l’énergie est produite à la suite de réaction ________ Nucléaires__________________.

Le glucose produit par les plantes est lui-même une source d’énergie que les êtres vivants sont capables
de libérer. On dira du glucose qu’il contient de l’énergie ______ Chimique _________________.

L’énergie du glucose ainsi libérée sera transformée en d’autres formes d’énergie nécessaire à l’être
vivant. Par exemple en énergie ________ Thermique _________ pour maintenir la température du
corps mais aussi en énergie ____ Mécanique ___________ permettant ainsi d’effectuer des
mouvements musculaires.
a) Voici quelques formes d’énergie et leurs sources possibles, complète ce tableau avec ton manuel ou
avec Denis.
Forme d’énergie
Énergie élastique
Description
Exemples de sources
Énergie emmagasinée dans un objet
1. Ressort comprimé
dû à sa compression ou à son
2. Élastique tendu
étirement.
Énergie électrique






Centrale électrique
Pile
Génératrice
Feu
Élément chauffant
Soleil
électromagnétique





Ampoule
Feu
Four micro-ondes
Soleil
Tél. Cellulaire – TV -Radio
Énergie emmagasinée dans des

Pomme

Cire d’une bougie

Combustibles fossiles

Vent
Énergie contenue et transportée

Son
dans une onde sonore

Musique
Énergie résultant du mouvement

Chute d’eau
d’un cours d’eau.

Rivière
Énergie emmagasinée dans le noyau

Noyau des atomes
des atomes

Soleil
Énergie due au mouvement des
électrons d’un atome à un autre
Énergie thermique
Énergie due au mouvement
désordonné des particules d’une
substance.
Énergie rayonnante
Énergie chimique
Énergie transportée par une onde
liaisons d’une molécule.
Énergie éolienne
Énergie résultant du mouvement de
l’air.
Énergie sonore
Énergie hydraulique
Énergie nucléaire
b) Qu’est-ce que l’énergie contenue dans les aliments te permet de réaliser?
___ Marcher, de soulever une boîte de nous garder au chaud,
etc._______________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
c) En science on dira que l’énergie permet d’effectuer un _ TRAVAIL ______________________
(marcher ou soulever une boîte), ou un _________ CHANGEMENT _______________(dégager
de la chaleur pour nous garder au chaud).
d) Dans le système international d’unités, l’énergie s’exprime en ___ JOULE _________ (J).
e) À quoi correspond 1 joule?
1J=1Nx1m
1 JOULE =L’énergie nécessaire pour déplacer un
objet avec une force de 1 N sur une distance de 1 m
James Prescott Joule (24 décembre 1818, Salford,
près de Manchester, Angleterre – 11 octobre 1889,
Sale) est un physicien (et brasseur) britannique. Son
étude sur la nature de la chaleur et sa découverte de
la relation avec le travail mécanique l'ont conduit à la
théorie de la conservation de l'énergie (la première
loi de la thermodynamique). Il a également énoncé
une relation entre le courant électrique traversant
une résistance et la chaleur dissipée par celle-ci,
appelée au XXe siècle la loi de Joule. Enfin il a travaillé
avec Lord Kelvin pour développer l'échelle absolue de
température et a étudié la magnétostriction. En
1850, il devient membre de la Royal Society. En 1852,
il est lauréat de la Royal Medal et, en 1870, il reçoit la
médaille Copley. Dans le système international,
l'unité du travail porte son nom : le joule.
1.1 La loi de la conservation de l’énergie
Définition :
_ La loi dit que l’énergie ne peut être ni créée, ni détruite, elle peut seulement être transférée
ou transformée. L’énergie totale demeure
constante.____________________________________________________________________________
_________________________________
Ex. :
Etotale = Ee = Ethermique= Ec = etc.
a) L’énergie électrique peut-elle être transportée? ________ OUI __________________________
b) Comment transporte-t-on l’énergie électrique?
________ Les lignes à hautes tension ____________________________________________
c) L’énergie peut également être transformée d’une forme à une autre.
Exemple :
L’énergie solaire est transformée au cours de la photosynthèse en énergie chimique
En science on dira que l’énergie solaire est transférée vers la plante et par la suite il y a transformation
de l’énergie solaire en énergie chimique.
d) Donne la définition d’un TRANSFERT D’ÉNERGIE.
_____ Un transfert d’énergie est le passage de l’énergie d’un milieu à un autre .
Ex. : versez de l’eau chaude dans l’eau
froide.___________________________________________________
e) Donne la définition d’une TRANSFORMATION D’ÉNERGIE.
____ Une transformation d’énergie est le passage de l’énergie d’une forme à une autre.
Exemple électrique à lumineuse.________________________________________
f)
Donne le nom d’un appareil qui transforme l’énergie électrique en énergie :
Nom de l’appareil
Calorifique
Sécheuse – cuisinière
Thermique
Séchoir à cheveux
Lumineuse
Ampoule – tube fluorescent
Sonore
Synthétiseur
Mécanique
Ventilateur
Chimique
Chargeur de batteries
1.2 Le rendement énergétique

Qu’est-ce que le rendement énergétique?
Le rendement énergétique est le % d’énergie consommée par une machine ou
un système qui a été transformée en énergie utile.
𝑅𝑒𝑛𝑑𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡 é𝑛𝑒𝑟𝑔é𝑡𝑖𝑞𝑢𝑒 =

𝑄𝑢𝑎𝑛𝑡𝑖𝑡é 𝑑′ é𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑒 𝑢𝑡𝑖𝑙𝑒
𝑄𝑢𝑎𝑛𝑡𝑖𝑡é 𝑑,é𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑒 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑜𝑚𝑚é𝑒
x 100
Quel est le pourcentage d’énergie chimique consommée par une auto sert réellement à son déplacement?
12%________________________________.
_________

Sous quelles formes retrouve-t-on le reste de l’énergie qui ne sert pas au déplacement de la voiture?



Frottement entre les pièces – chaleur (4%)
Échappement – ventilateur – etc
Pompage de L’eau (air) (6 %)
__

Dans le cas d’une ampoule incandescente, c’est seulement ________5
%_________________.

Sous quelle forme retrouve-t-on surtout l’énergie consommée par l’ampoule incandescente?
__________________ Chaleur ____________________________________.

La bicyclette est un des moyens de transport ayant le meilleur rendement énergétique. En effet
__________90
%__________________ de l’énergie fournie par les muscles du cycliste sert effectivement
à faire tourner les roues du vélo.
1.3 L’énergie thermique
a) Définition :
L’énergie thermique est l’énergie que possède une substance
en raison de la quantité de particules qu’elle contient et de leur
température (degré d’agitation).
____
Du point de vue microscopique, l’énergie thermique provient du mouvement désordonné de toutes les
particules d’une substance.
Eau chaude
Eau froide
b) Quels sont les deux facteurs pouvant expliquer la variation de l’énergie thermique dans une substance?
_______(1) Quantité de particules _____________________(2) Température de la
Complète le tableau suivant :
Facteur
Quantité de
Variation du facteur
Lorsque la quantité de particule augmente
Ethermique ↑
Lorsque la quantité de particule diminue
Ethermique ↓
Lorsque la température augmente
Ethermique ↑
Lorsque la température diminue
Ethermique ↓
particules
Température
Résultat
c) Si tu verses 100 ml d’eau chaude à 1000C dans un récipient contenant déjà 100 ml d’eau à 200C, l’eau chaude
va transférer son énergie thermique à l’eau froide. Ce transfert d’énergie thermique porte le nom de Chaleur.
Donne une définition complète de la chaleur.
LA CHALEUR EST UN TRANSFERT D’ÉNERGIE THERMIQUE ENTRE DEUX MILIEUX DE T O
DIFFÉRENTES. TOUJOURS DU CHAUD VERS LE FROID
d) Quelle est la relation mathématique entre la chaleur et l’énergie thermique :
Q = La chaleur en joule
Q = 𝞓Et
𝞓Et = variation d’énergie thermique
e) Quelle différence y a-t-il entre « CHALEUR » et « TEMPÉRATURE »?
Définition de la « TEMPÉRATURE »
La température est une mesure du degré d’agitation des
particules d’une substance
________
La distinction entre « Chaleur et température »
On confond souvent « Chaleur » et « Température ». Lorsque la température est élevée, on dit : « Il
fait chaud! ». Pourtant, même sous le point de congélation, une substance a encore la capacité de
transmettre de la chaleur. En fait, la température ne tient compte que de la vitesse des particules
d’une substance. La chaleur, pour sa part, tient compte non seulement de la vitesse des particules
(c’est-à-dire de leur degré d’agitation), mais aussi de leur masse (autrement dit, de la quantité de
particules).

La relation entre la chaleur et la masse, la capacité thermique massique et la température
a)
Lorsqu’on chauffe un cube de fer et un cube d’aluminium, que se passe-t-il avec leur température?
_______
Leur température augmente ____________________________________.
b) Est-ce que la température des deux substances va augmenter avec la même vitesse?
________________
c)
NON ________________________________________________________
Certaines substances ont besoins d’absorber plus de chaleur que d’autres pour augmenter leur
température de 10C. Cette propriété caractéristique de la matière se nomme la :
« CAPACITÉ THERMIQUE MASSIQUE ».
Définition :
____ LA CAPACITÉ THERMIQUE MASSIQUE CORRESPOND À LA QUANTITÉ
D’ÉNERGIE THERMIQUE QU’IL FAUT FOURNIR À 1 GRAMME D’UNE SUBSTANCE
POUR AUGMENTER SA TEMPÉRATURE DE 1OC
Voici la capacité thermique massique de quelques substances :
Substance
Capacité thermique
massique
Eau liquide
Éthanol
Glace
Huile végétale
Bois
Air
4,19
2,46
2,06
2,00
1,76
1,01
Substance
𝐽
Capacité thermique
massique
𝑔 𝑜𝐶
Verre
Sable
Fer
Cuivre
Argent
Tungstène
𝐽
𝑔 0𝐶
0,84
0,80
0,45
0,38
0,24
0,13
d) D’après le tableau, quelle substance a la plus grande « capacité thermique massique »?
_________
EAU _________________________________________________________________
Calcul de la chaleur absorbée ou dégagée par une substance
Pour résoudre les problèmes suivants tu auras besoin de la formule de l’énergie thermique :
Q = m x c x T
où
Q=_
La chaleur, c’est-à-dire la variation d’énergie thermique (en J)___
m = ________
c = ___
T = _
T = Tf – Ti
représente la masse (en g)_
représente la capacité thermique massique (en J/g x oC)______
La variation de TO (en oC)____________________
où
Tf = _____
Température finale (en OC)____
Ti = _____ Température
N.B.
initiale (en OC)____________
Si T est négatif, la substance a perdu de l’énergie thermique, c'est-à-dire qu’elle a dégagé de la chaleur.
Si T est positif, la substance a absorbé de la chaleur, elle a absorbé de la chaleur.
Exemple :
Un bécher contenant 100 g d’eau passe de 200C à 440C. Calcul la quantité d’énergie thermique absorbée par
l’eau.
Q = m x c x T
Q = 100g x 4,19 j/g x 0C x (44 - 20) 0C = 10 056 J
1.
Trouve l’énergie thermique absorbée ou libérée des problèmes suivants.
a)
Un bécher contenant 100 g d’huile végétale passe de 200C à 440C.
Q = m x C x 𝞓T
100 g x 2,0 J/g x oC x (44-20) = 4800 J
b) Un bécher contenant 200 g d’eau passe de 200 à 440C.
Q = m x C x 𝞓T
200g x 4,19 J/g x 0C x 240C =
Rép. : 20 112 J
c)
Un bécher contenant 100 g d’eau passe de 440C à 200C.
Q = m x C x 𝞓T
100g x 4,19 J/g x 0C x -240C =
Rép. : -10 056 J
d) Que peux-tu observer en regardant les réponses aux problèmes suivants?
Même si la variation de température est la même pour chacun des liquides, la quantité de
chaleur absorbée ou dégagée est différente.
1.
Quelle est la quantité de chaleur absorbée par 100 g d'eau contenue dans un verre de polystyrène si la température
de celle-ci passe de 20 oC à 44 oC, lorsqu'on y ajoute un bloc d'aluminium chauffé.
Q = m x c x ∆T  100g x 4,19J/g x 0C x 240C = 10 056 J
2.
On fournit 20,9 kJ pour chauffer une quantité d'eau dont la température augmente de 10 C. Calculez la masse
de cette quantité d'eau.
Q = m x c x ∆T
3.
20 900 J = m x 4,19J/g x 0C x 100C  20900J/(4,19J/g x 0C x 100C) = 498.8 g
Dans une bouilloire, on chauffe un litre d'eau dont la température initiale est de 18C. Quelle quantité d'énergie
l'eau doit-elle absorber pour arriver à ébullition? (1 litre d'eau = 1 kg = 1000 g)
Q = m x c x ∆T  1000 g x 4,19J/g x 0C x 820C 343 580 J
4.
Une tasse contient 120 ml de café qui se refroidit de 80C à 45C. Si on assimile ce liquide à de l'eau, quelle
quantité d'énergie perd-il?
Q = m x c x ∆T  120 g x 4,19J/g x 0C x -350C -17 598 J
5.
Une certaine quantité d'eau à 250C est portée à ébullition à l'aide de 31 500 joules. Quelle est cette masse d'eau?
Q = m x c x ∆T  Q/(c x ∆T)  31 500 J / (4, 19J/g x 0C X 750C) = 100,23 g
6.
Un chauffe-eau porte 300 l d'eau de 20C à 70C. Quelle est, exprimée en kilojoules, la quantité de chaleur
absorbée par l'eau?
Q = m x c x ∆T  300 000 g x 4, 19J/g x 0C x 500C)  62 850 Kj (62 850 000 J)
7.
Vous déposez un morceau de cuivre ayant une température initiale de 85,0 C dans un thermos contenant 320 g
d'eau distillée à 20,0C. Après un certain temps, la température se stabilise à 35,0 oC. Déterminez quelle quantité
d'énergie thermique a été transmise du bloc de cuivre à l'eau.
Q = m x c x ∆T  320 g x 4, 19J/g x 0C x 150C  20 112 J
8.
9.
Classez les trois opérations suivantes en ordre croissant, selon la quantité d'énergie thermique nécessaire pour les réaliser.
A. Chauffer 20 g d'eau de 10 C à 70 C. Q = m x c x ∆T  20g x 4, 19J/g x 0C x 600C = 5028 J
B. Chauffer 35 g d'antigel de -30 0C à 80 0C. . Q = m x c x ∆T  35 g x 2,2 J/g x oC x 1100C = 8470 J
C. Chauffer 25 g d'alcool méthylique de 0 0C à 65 C. Q = m x c x ∆T  25 g x 2,5 J/g x oC x 650C = 4062,5J
C –A - B
De quelle quantité d'énergie thermique aurait-on besoin pour amener un bloc de fer de 400 g à une température
de 400 C si, au départ, il était plongé dans un bocal d'eau bouillante ?
Q = m x c x ∆T  400 g x 0,45J/g x 0C x 3000C  54 000 J
10. On fournit 2 250 J à un solide dont la masse est 100 g et on constate que la température passe de 20C à 70C.
Quelle est la chaleur massique de ce solide?
Q = m x c x ∆T  c = Q/(m x ∆T)  2 250 J / (100g x 500C) = 0,45 (fer)
11. Quelle quantité de chaleur faut-il pour faire passer 75 g d'eau de 42C à 67C?
Q = m x c x ∆T  75g x 4, 19J/g x 0C x 250C  7856,25J
12. Quelle quantité de chaleur faut-il pour faire passer 150 ml d'eau d'une température de 17C à une température de 81C?
Q = m x c x ∆T  150 g x 4, 19J/g x 0C x 640C = 40224 J
13. Un étudiant veut chauffer une masse d'eau de 500 g de 230C à 470C. Quelle quantité de chaleur doit-il fournir à
cette masse d'eau?
Q = m x c x ∆T  500g x 4, 19J/g x 0C x 240C = 50 280 J
14. Un chauffe-eau électrique porte les indications suivantes: Il contient 250 litres d'eau. La température de
l'eau passe de 20C à 50C.. Quelle quantité d'énergie thermique a été absorbée par l'eau?
Q = m x c x ∆T  250 000 g x 4, 19J/g x 0C x 30oC = 31 425 000 J = 31 425 Kj
15. Une étudiante, lors d'une expérience de laboratoire, doit laisser refroidir 2,2 kg d'eau de 95C jusqu'à la température
de la pièce soit 23C. Quelle quantité de chaleur sera libérée par l'eau?
Q = m x c x ∆T  2200g x 4, 19J/g x 0C x – 720C  -663 696 J
16. Un étudiant met 90 g d'eau à 20 0C dans un calorimètre. Il chauffe l'eau avec un résistor pendant 40 minutes et
la température s'élève à 700C. Sachant que la chaleur massique de l'eau est de 4,19 J/g .0C , quelle est l'énergie
fournie par le calorimètre ( réponse en joules ) ?
Q = m x c x ∆T  90 g x 4, 19J/g x 0C x 50oC  18 855J
17. On fournit 1254 joules à une masse d'eau placée dans un calorimètre. La température de l'eau passe
de 22C à 280C. Sachant que la chaleur massique de l'eau est de 4,19 J/gC, quelle était cette masse d'eau?
Q = m x c x ∆T  m = Q/(c x ∆T)  1254 J/(4, 19J/g x 0C x 60C) = 49,88 g
18. Quelle quantité de chaleur doit-on fournir à 35 g d'azote pour les faire passer de -15 oC à 124 oC ?
Q = m x c x ∆T  35 g x 1,0 J/g x 0C x 1390C  4865 J
19. Vous avez une médaille en or pur à laquelle vous fournissez 390 Joules. Suite à ce chauffage, vous observez
que la température passe de 25 oC à 49 oC. Quelle est la masse de votre médaille ?
Q = m x c x ∆T  m = Q/(c x ∆T)  390 J/(0,134 J/g x 0C x 240C) = 121,27 g
20. Une substance inconnue ayant une masse de 200 g se refroidit et perd 28 600 J. Ce refroidissement a pour
effet de faire passer la température de votre échantillon de 35 oC à 25 oC.
De quelle substance s'agit-il ? Q = m x c x ∆T  c = Q/(m x ∆T)  -28 600J/(200g x -100C) = 14,3 c’est de
l’hydrogène bâtard
21. Vous avez 2500 g de cuivre qui passe de 185 oC à –27 oC et 500 g d'hélium qui passe de –5 oC à –125 oC. Laquelle de ces
deux substances libèrera le plus de chaleur ?
Cuivre : Q = m x c x ∆T  2500 g x 0,397 J/g x 0C x -2120C = -201400 J
Hélium : Q = m x c x ∆T  500g x 5,2 J/g x 0C x -1200C = -312 000 J Réponse : Hélium
22. (QUESTION BONI) La chaleur libérée par un grain de sucre est de 1,567 microjoule. Cette énergie est transférée à 1 mg
d'eau. De combien de degrés Celsius la température de ce milligramme d'eau s'élèvera-t-elle ?
23. Tu sors du four un bloc de fer ayant une masse de 275 g pour réchauffer l'intérieur de ta botte. À sa sortie du four le
bloc est à 185 oC. Après une heure passée dans ta botte, il est maintenant à 55oC. Quelle quantité de chaleur a-t-il
cédé à ta botte ?
Q = m x c x ∆T  275 g x 0,45 J/g x 0C x -1300C = -16087,5 J
24. Quelle quantité de chaleur devras-tu fournir à 45 g de mercure pour faire monter sa To de 200C ?
Q = m x c x ∆T  45 g x 0,14 J/g x 0C x 20oC = 126 J
25. Quelle quantité de chaleur les 1200 g d'eau contenus dans le système de refroidissement d'une automobile absorbentils s'ils passent de 10 oC à 75 oC ?
Q = m x c x ∆T  1200g x 4,19 J/g x 0C x 650C = 326 820 J
26. Quelle quantité de chaleur faut-il fournir à 1250 g de bouillon de poulet (presque 100% d'eau) pour le faire passer de la
température de la pièce (25 oC ) jusqu'à 100 oC ?
Q = m x c x ∆T  1250 g x 4,19 J/g x 0C x 750C = 392812,5 J
27. On chauffe un local avec un système de tuyaux remplis d'eau chaude (75 oC). Après avoir circulé dans les tuyaux, l'eau
retourne à la pompe avec une température de 26 oC.
Quelle quantité de chaleur a-t-elle été cédée à la pièce par chaque gramme d'eau ?
Q = m x c x ∆T  1g x 4,19 J/g x 0C -490C = -205.31J
28. Le bécher A contient 148,809 g d'eau à 49 oC et le bécher B contient 399,106 g d'huile d'olive à 54 oC. Si les deux
béchers voient leur température descendre à 25 oC, lequel des deux a libéré le plus de chaleur ?
Q = m x c x ∆T  148,809g x 4,19 J/g x 0C x -240C = -14 964 J
Q = m x c x ∆T  399,106g x 1,296 J/g x 0C x-290C = -14 999J rép. : Huile
29. ** 100 g d'eau et 100 g d'antigel sont à 25 oC au départ, mais après un certain temps de chauffage l'eau monte jusqu'à
60,7 oC et l'antigel monte jusqu'à 93,1 oC. Se pourrait-il que les deux bechers soient sur la même plaque chauffante ?
30. ** Lors d'un laboratoire vous avez chauffé 119 g d'eau et 227 g d'antigel chacun à 25oC au départ. Si vous avez fourni
25 000 J de chaleur à chaque becher puisqu'ils sont sur la même plaque chauffante. Laquelle des deux substances aura
la température finale la plus élevée ?
31. POUR PETITS GÉNIES (TRÈS TRÈS DIFFICILE !!)
Ta piscine est munie d'un chauffe-eau au gaz. Sur celui-ci il est inscrit qu'il offre une puissance de 200 000 b.t.u./
heure. Sachant que la piscine contient 40 m3 d'eau à 27 oC, combien de temps il faudra au chauffe-eau pour faire
monter la To de l'eau à 35 oC ?
(On néglige toute perte de chaleur).
1.4 L’énergie cinétique

Crois-tu qu’un objet qui est en mouvement, comme une auto, peut briser une clôture.
OUI

Donne un autre exemple de mouvement qui peut déplacer un objet.

Une bille qui roule sur une table peut en déplacer une autre en la frappant

On dira que l’auto et la ___

Définition :
______
bille ___________ possède de l’énergie cinétique.
L’énergie cinétique est l’énergie que possède un objet en raison de son
mouvement.______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________

La relation entre l’énergie cinétique, la masse et la vitesse
L’énergie cinétique d’un objet dépend de sa _____
.
masse ________ et de sa ___ vitesse ____________.
Par exemple, plus une bille est lourde et plus elle roule vite, plus elle possède d’énergie et plus sa capacité à
effectuer un travail est grande.
La relation mathématique entre l’énergie cinétique, la masse et la vitesse est la suivante :
Ek = __ Énergie cinétique de l’objet en joule (J)_____
1
Ek = 2 mv2
V = ___ vitesse de l’objet en m/sec __
m = __
masse de l’objet en Kg
_____
Exercices sur l’énergie cinétique
1.
Une voiture de 2500 kg roule à 50 km/h. Quelle est son énergie cinétique?
E=½mv2
½ x 2500 kg x (13,88 m/s)2
Rép. : 240 818J
2.
Une voiture de 2500 kg roule à 100 km/h. Quelle est son énergie cinétique?
E = ½ m v 2 ½ x 2500 Kg x (27,78 m/s)2
Rép. : 964 660 J
3.
Une mini-fourgonnette de 5000 kg roule à 50 km/h. Quelle est son énergie cinétique?
E = ½ m v 2  ½ x 5000 kg x (13,88 m/s)2
Rép. : 481 636 J
4.
En regardant les exemples suivants, que se passe-t-il avec l’énergie cinétique si on double la masse d’un objet?
Son énergie cinétique devient 2 fois plus grande
5.
En regardant les exemples suivants, que se passe-t-il avec l’énergie cinétique si on double la vitesse d’un objet?
Son énergie devient quatre fois plus grande.
Tu devrais maintenant comprendre pourquoi la vitesse est si souvent en cause lors des accidents
mortels.
1.5 L’énergie potentielle
Lorsqu’on soulève un marteau
ou lorsqu’on étire la corde d’un arc
, on effectue un
travail. L’énergie cinétique nécessaire à l’exécution de ce travail est transférée à l’objet sous forme d’«énergie
potentielle ». On dit qu’il s’agit d’une énergie de réserve parce qu’elle doit d’abord être transformée en une autre
forme d’énergie pour pouvoir effectuer un travail. Lorsque le marteau retombe, son énergie potentielle se
transforme en énergie cinétique et elle permet d’enfoncer un clou
. De la même façon, lorsqu’on
relâche la corde d’un arc, son énergie potentielle se transforme également en énergie cinétique et elle propulse la
flèche
.
Dans cette partie, on calculera l’énergie « potentielle gravitationnelle ».
Définition :
_______
C’est l’énergie de réserve que possède un objet en raison de sa masse et de sa
hauteur par rapport à une surface de
référence.____________________________________________________________________________________

La relation entre l’énergie potentielle gravitationnelle, la masse, l’intensité du champ gravitationnel et la hauteur
.
L’énergie potentielle gravitationnelle dépend de la _______ masse ______, de l’___ intensité ______ du champ
gravitationnelle et de la _____ hauteur _____ d’un objet par rapport à une surface de référence. La relation
mathématique entre ces données est établie par la formule suivante.
Ep = _ énergie potentielle gravitationnelle (J)_
Ep = mgh
masse de l’objet en Kg
m=
__
g = Intensité du champ gravitationnel en (N/Kg)
soit
9,8 N/Kg sur la terre
h = hauteur de l’objet par rapport à une surface de référence
en m
Exercices (page 77)
1.
Trouve l’énergie potentielle gravitationnelle acquise par une roche de 1 kg élevée à une hauteur de 1 m.
Ep = mgh
1 kg x 9.8 N/Kg x 1 m = 9,8 J
Rép. : 9,8 J
2.
Trouve l’énergie potentielle gravitationnelle acquise par une roche de 2 kg élevée à une hauteur de 1 m.
Ep = mgh
2 kg x 9.8 N/Kg x 1 m
Rép. : 19,6 J
3.
Trouve l’énergie potentielle gravitationnelle acquise par une roche de 1 kg élevée à une hauteur de 2 m.
Ep = mgh
1 kg x 9,8 N/Kg * 2m
Rép. : 19,6 J
4.
Que se passe-t-il avec l’énergie potentielle gravitationnelle lorsqu’on double la masse de l’objet?
Elle double
5.
Que se passe-t-il avec l’énergie potentielle gravitationnelle lorsqu’on double la hauteur de l’objet?
Elle double
1.6 L’énergie mécanique

L’exemple du marteau permet de constater que l’énergie cinétique peut se transformer en énergie potentielle et
vice versa.
Définition : La somme de l’énergie cinétique et de l’énergie potentielle constitue l’ « énergie mécanique » d’un
système.

La relation entre l’énergie cinétique et l’énergie potentielle
Em = Ek + Ep
Énergie mécanique _________________
E = _____ Énergie cinétique ________________
E = _______ Énergie potentielle ______________
Em = ____
k
p
La pomme de Newton:
La loi de la conservation de l’énergie nous permet d’affirmer que, dans un système où il n’y a pas de frottement,
l’énergie mécanique demeure toujours constante. Prenons l’exemple d’un objet en chute libre. À mesure qu’il
tombe, son énergie potentielle diminue tandis que son énergie cinétique augmente. Ainsi, si l’on néglige le
frottement, son énergie mécanique reste la même à tout moment.
Exemple :
2. Le mouvement et les forces (STE)
2.1 Le mouvement

Pour mettre un objet en mouvement, il faut toujours appliquer une ou plusieurs forces sur cet objet.

Les variables permettant de décrire le mouvement sont la _____
vitesse ________________, le __________
déplacement __________, le _________ temps _____________ et l’_ accélération __________.

En science, on définit la vitesse comme étant un ____
déplacement _______ en fonction du ___________
temps ____________ (en m/s). De même, on considère l’accélération comme une modification de la vitesse en
fonction du temps (en m/s2). Il est souvent utile de connaître l’accélération d’un objet, car c’est l’une des
principales conséquences de l’application d’une force.
2.2 Les forces et la modification du mouvement

Lorsqu’on tire ou qu’on pousse sur un objet, on exerce une force sur lui. En effet, une force est une traction ou une
poussée pouvant modifier le mouvement d’un objet. Il arrive aussi qu’une force ne modifie le mouvement que
d’une partie de l’objet. Elle provoque alors sa déformation.

Définition d’une FORCE :

__________
Une force est une action capable de modifier le mouvement d’un objet ou de le
déformer en le poussant ou en le tirant.
______________________________________________________________________________________________
Une force est toujours exercée par un corps sur un autre corps. De plus, elle est toujours orientée dans une
direction. On peut d’ailleurs représenter graphiquement une force à l’aide d’une flèche. On doit alors tenir compte
de quatre éléments :
1. 1.______ Sa DIRECTION, représentée par un segment de droite.
2. ________ Son SENS symbolisé par la pointe de la flèche.
3. _________ Son INTENSITÉ exprimée par la longueur de la flèche, sa largeur ou par un
nombre.
4.________
flèche.
Son POINT D’APPLICATION correspondant à la position de l’origine de la
Ex. :
On mesure les forces en newton (N). Par définition, un newton correspond à la force nécessaire pour donner à un objet de 1
kg une accélération de 1 m/s2, autrement dit :
1 N = 1 kg x 1
𝑚
𝑠2
Le mouvement d’un objet peut être modifié par une force de différentes façons :
1.
Une force peut mettre en mouvement un objet immobile, c’est-a-dire lui donner une certaine vitesse. Elle peut
aussi augmenter la vitesse d’un objet déjà en mouvement. C’est le cas lorsqu’un force est exercée dans la même
direction que le mouvement de l’objet. Dans les deux cas, on dit que l’objet accélère.
2.
Une force peut également diminuer la vitesse d’un objet, soit en le ralentissant, soit en l’arrêtant complètement.
C’est ce qui arrive lorsque la force est exercée dans le sens contraire du mouvement de l’objet. On dit alors que
l’objet subit une « accélération négative », ou une « décélération ».
3.
Une force peut aussi modifier la trajectoire d’un objet. Celui-ci est alors dévié. Par exemple, une force qui s’exerce
d’un côté ou de l’autre d’un objet en mouvement aura tendance à le faire dévier. Les physiciens considèrent que le
changement de direction d’un objet en mouvement est aussi une forme d’accélération.
2.3 Les types de forces
Selon les scientifiques, il y a 4 types de forces :
1.
La force
Gravitationnelle
2.
La force
Électromagnétisme
3.
La force
Nucléaire forte
4.
La force
Nucléaire faible

La force gravitationnelle
La force gravitationnelle est une force qui s’exerce entre tous les objets en raison de leur masse et de la distance
qui les sépare. Plus le produit masses de deux objets est élevé, plus l’attraction que ces deux objets exercent l’un
sur l’autre est grande. Inversement, plus la distance entre deux objets est grande, plus l’attraction entre eux est
faible.
La Terre est l’objet le plus massif de notre entourage. Elle est également très près de nous.
La force gravitationnelle entre la Terre et tous les objets qui se trouvent à sa surface est
donc, de loin, la plus importante force gravitationnelle que ces objets subissent.
Par exemple, un corps en chute libre subit la force gravitationnelle de la terre, ce qui lui donne une
accélération de 9,8 m/s2. Cette accélération est la même pour tous les objets en chute libre, quelle que soit
leur masse, à condition toutefois que la résistance de l’air soit négligeable.

La force gravitationnelle terrestre est orientée vers le centre de la planète. Comme cette force diminue
avec la distance, on peut imaginer que notre planète est entourée d’un champ gravitationnel dont l’intensité
décroit à mesure qu’on s’éloigne du centre de la terre. De ce point de vue, l’accélération subie par les objets qui se
trouvent à l’intérieur de ce champ gravitationnel peut être considérée comme une mesure de l’intensité du champ
gravitationnel à une certaine distance du centre de la terre. On l’exprime en N/kg plutôt qu’en m/s 2. Ces deux
mesures sont en effet équivalentes, comme le démontre l’exemple suivant.
𝑺𝒊 𝟏 𝑵 =
𝟏 𝑲𝒈 𝒙 𝒎
𝟏𝑵
𝟏𝒎
𝟗, 𝟖 𝑵
𝟗, 𝟖 𝒎
𝒂𝒍𝒐𝒓𝒔
=
𝒅𝒐𝒏𝒄
=
𝐬𝐞𝐜 𝟐
𝟏 𝑲𝒈
𝟏 𝐬𝐞𝐜 𝟐
𝑲𝒈
𝐬𝐞𝐜 𝟐

L’INTENSITÉ DU CHAMP GRAVITATIONNEL À LA SURFACE DE QUELQUES ASTRES DU SYSTÈME SOLAIRE
Astre
Soleil
Lune
Mercure
Vénus
Terre

Intensité du champ
gravitationnel à la surface
(N/kg)
273,95
1,67
3,63
8,62
9,80
Astre
Mars
Jupiter
Saturne
Uranus
Neptune
Intensité du champ
gravitationnel à la surface
(N/kg)
3,72
25,87
11,27
8,82
11,56
La force gravitationnelle permet d’expliquer non seulement la chute des objets, mais également d’autres
phénomènes, comme les marées et la trajectoire des astres.
LA RELATION ENTRE LA MASSE ET LE POIDS
1.
La masse est :
____________________________________________________________________________________________
2.
Dans le système international, son unité est le :
____________________________________________________________________________________________
3.
Le poids est :
____________________________________________________________________________________________
4.
Voici la formule mathématique permettant de calculer le poids.
W = Fg = mg
5.
W = _______________________________
Fg = ______________________________
m = ______________________________
g = ______________________________
Quel est le poids d’un objet de 1 kg sur la terre et la Lune?
____________________________________________________________________________________________
2.4 L’équilibre entre deux forces
2.5 La force efficace
Définition :________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
Prenons l’exemple d’une personne qui tire un sac de ballon de soccer sur le sol d’un gymnase avec une force de 20 N et
selon un angle de 400 par rapport au sol. :
Cette force peut être décomposée en deux composantes : une composante parallèle au sol et une composante
perpendiculaire au sol.
Si le sac se déplace parallèlement au sol, c’est que la composante de la force parallèle au sol est celle qui permet le
déplacement. Si la composante perpendiculaire au sol avait été plus grande, le sac aurait également été soulevé de
terre.
Pour calculer l’intensité de la force efficace, on peut utiliser une méthode graphique ou la trigonométrie.
Rappel de la trigonométrie
Sin 
côté opposé
hypothénuse
Hypothénuse
Cos 
côté adjacent
Tan 
côté opposé
Côté opposé
hypothénuse
Côté adjacent


côté adjacent
Utilise ces principes pour calculer la force efficace dans notre l’exemple :
Comme le déplacement du sac est horizontal, la force efficace est donc la composante horizontale de la force de 20
N, c’est-à-dire le côté adjacent à l’angle de 400.

Un autre exemple : Une boîte ayant un poids de 10 N est déposée sur un plan incliné de 30 0.
Avec la trigonométrie, on peut trouver la force efficace.
2.6 Le travail

La relation entre le travail et l’énergie
Définition :___________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
Le travail est un transfert d’énergie lié à un déplacement. Tout comme l’énergie, le travail se mesure en Joule.
La relation entre le travail et l’énergie :
On a déjà défini l’énergie comme étant la capacité d’effectuer un travail ou de provoquer un changement. En
d’autres termes, lorsqu’on effectue un travail ou un changement, on utilise de l’énergie. Comme l’énergie ne se
perd pas et ne se crées pas, l’énergie utilisée pour effectuer un travail est donc transférée d’un objet ou d’un
système à un autre.
On peut établir la relation suivante entre le travail et l’énergie.
W = E
ou W = ____________________________
E =____________________________
Exemple : Le travail effectué par les turbines d’une centrale hydroélectrique permet de transférer
l’énergie hydraulique de l’eau aux turbines et de la transformer en énergie électrique.

La relation entre le travail, la force et le déplacement
La relation entre le travail et l’énergie, la force et le déplacement
Formule pour calculer le travail
W = F// x d
W = ________________________________
F// = ________________________________
d =_________________________________
Exemples :
1. Une personne pousse une boîte avec une force de 20 N et la déplace sur une distance de 1 m. Quel est le
travail effectué?
2. Une boîte ayant un poids de 10 N est déposée sur un plan incliné de 300. Cette boîte descend et parcourt
une distance de 0,5 m. Quel est le travail effectué sur la boîte?
Verdict (Devoir)
Diagnostic
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