TD 4 Physique : Énergie.

TD 4 Physique :
Énergie.
Outils pour Biologistes 2 : 30BU03SV –
2016-2017
1 Chute libre, via l’énergie
mécanique
Une bille de masse mest lâchée sans vitesse ini-
tiale d’une hauteur z=H. On veut calculer la vi-
tesse de la bille à l’impact avec le sol (z= 0) en
utilisant la conservation de l’énergie mécanique du
système (calcul que vous avez déjà fait au TD3 en
utilisant le P.F.D. et qu’on vous demande ici de faire
sans celui-ci). On néglige les frottements. On pren-
dra un référentiel vertical orienté vers le haut avec
le sol pour origine.
1. Quelle est l’expression de la force de pesan-
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teur (poids) dans le référentiel considéré ?
Soit g=-10 m.s−2,F=mg (NB F<0, bien
orienté vers le bas car g < 0.
2. Quelle est l’expression de l’énergie potentielle
de pesanteur en fonction de z?
Ep(z) = −mgz (NB g<0, donc Epbien
croissante)
3. Quelles sont les expressions de l’énergie méca-
nique totale au moment initial et au moment
final ?
Eminitiale = Ep(H)
Emfinale = Ec(0)
4. Comment varie l’énergie mécanique totale étant
donné que l’on a négligé les frottements ?
Emconstante
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5. Déduisez des relations précédentes la vitesse
v(H)de l’objet après une chute libre sans
frottement depuis une hauteur H.
Ep(H)=Ec(0) ⇔ −mgH =1
2mv(H)2⇔
v(H) = √2gH
6. Quel est le travail du poids lors de cette chute ?
W=F.∆z=mg.(−H)(NB déplace-
ment vers le bas, ∆z < 0)
7. Reliez l’expression de la variation de l’énergie
cinétique durant cette chute avec d’une part
la variation de l’énergie potentielle, et d’autre
part, le travail de la force de pesanteur.
Théorème énergie cinétique W= ∆E=Ec(0)−
Ec(H) = Ec(0)
Ep(H) = −W=−Ec(0)
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2 Ordres de grandeurs sur
l’énergie
Thème : Energie et conservation de l’éner-
gie
1. Quelle quantité d’énergie doit-on fournir pour
monter au troisième étage d’un immeuble sans as-
censeur ?
Hauteur 3 étages ∼10 m Soit masse 60 kg E=
mgh = 60 kg 10 m.s−210 m = 6 kJ = 1,4 kcal
2. Une voiture « consomme », à 100 km/h, envi-
ron 7 litres d’essence pour 100 km (pouvoir éner-
gétique de l’essence 40 MJ/kg). Quelle est l’énergie
nécessaire pour parcourir 100 km à cette vitesse ?
Commentez le terme « consomme ».
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Pouvoir énergétique 1 kg essence 40 MJ/kg ; Masse
volumique essence ρessence < ρH20(essence flotte)
ρessence ∼700 kg.m−3= 0,7 kg.L−1
7 L d’essence = 200 MJ = énergie pour monter
105étages
On parle de « consommation »dans le langage
courant, mais il s’agit de « transformation »d’éner-
gie.
3. Le tableau ci-dessous donne la dépense énergé-
tique en (grandes) calories pour 1 h de pratique de
différentes activités sportives, d’après le site http:
//www.personal-sport-trainer.com/blog/sport-depense-calorique/.
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