Chapitre 9 - Energie mécanique

Mécanique troisième - 2014/2015
Chapitre 9 : Energie mécanique
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Chapitre 9 : Energie mécanique
A) Différentes énergies
1) Définition
Cps rampe
Quelles sont les formes d’énergies citées dans le document ?
Définitions :
• Tout objet attiré par la Terre possède une énergie de position (notée E
p
) : Plus
son altitude est élevée, plus cette énergie est importante
• Lorsqu’un objet est en mouvement, il possède une énergie de mouvement
appelée énergie cinétique (notée E
c
) :
o Un objet immobile a une énergie cinétique nulle.
o Plus la vitesse est importante, plus l’énergie cinétique est grande.
• La somme de l’énergie de position et l’énergie cinétique est appelée énergie
mécanique (notée E
m
).
• L’unité d’énergie est le Joule (J)
A retenir : Loi de conservation de l’énergie mécanique
Lorsqu’un solide est lancé ou tombe sans frottement, l’énergie mécanique ne varie
pas durant sont mouvement.
Remarques :
• Lors d’une chute,
o l’énergie de position diminue ;
o l’énergie cinétique augmente.
• En absence de frottement, l’énergie cinétique gagnée est égale à l’énergie de
position perdue.
• Si il y a des frottements, l’énergie mécanique perdue est transformée en
chaleur. Exo Massy énergie de position 16 p 146
Exo Massy énergie mécanique 23 p 146
2) Application à une chute d’eau
Activité Massy chute d’eau 9 p 141
On lâche un objet sans vitesse. On néglige les frottements
1. Compléter le tableau suivant
Départ Après la chute
Energie de position 15 0 MJ 0
Energie cinétique
Energie mécanique
Départ Après la chute
Energie de position 15 0 MJ 0
Energie cinétique
0
150 MJ
Energie mécanique
150 MJ
150 MJ
2. A quelle énergie correspond cette courbe ?

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E (J)
t (s)
0
Em
Ec
Ep
Il s’agit de l’énergie de position
3. Dessinez l’évolution des autres énergies.
E (J)
t (s)
0
Em
Ec
Ep
Massy énergie et chute 21 p 146
B) Energie cinétique
Pour évaluer l’énergie cinétique d’un objet, on évalue l’énergie qu’il faut pour
l’arrêter.
1) vitesse
Usain Bolt peut-il gagner face à un scooter ?
Usain Bolt court le 100 m en 9,58s. Va-t-il plus vite qu’un scooter roulant à 40 km/h ?
vitesse d’Usain Bolt :
100÷9,58 = 10,44
Usain Bolt cours à 10,44 m/s
Pour comparer à la vitesse d’un scooter il faut le calculer en km/h
100 m = (100÷1000) s= 0,1 km
9.58 s = (9,58 ÷60 ÷60) h = 0,00266 h
0,1÷0,00266 = 37,59
Usain Bolt cours à 37,59 km/h : il est un peu moins rapide qu’un scooter.

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Remarque : Nous avons calculé des vitesses moyennes mais la vitesse de pointe
d’Usain Bolt durant son record du monde 44,72 km/h au 60 m
A retenir : Un objet parcourt la distance d pendant la durée t. Sa vitesse moyenne
est :
t
d
v= donc
v
d
t=
et
tvd
×
=
Unité :
• Si d en km et t en h : v est en km/h
• Si d en m et t en s : v est en m/s
Remarque : les km/h s’écrivent km.h
-1
. les m/s s’écrivent m.s
-1
.
Conversion :
hmin
×60
÷60
hmin
×60
÷60
min s
×60
÷60
min s
×60
÷60
hs
×3600
÷3600
hs
×3600
÷3600
km/h m/s
÷3,6
×3,6
km/h m/s
÷3,6
×3,6
2) Energie cinétique et masse
Expérience : On laisse tomber deux boules de pétanques de masse différente de la
même altitude sur une plaque d’argile.
Observations :
• Les deux boules tombent à la
même vitesse.
• La boule la plus massive s’enfonce
plus que l’autre.
Conclusion : L’énergie cinétique
augmente avec la masse. Elle est même
proportionnelle à la masse.
3) Energie cinétique et vitesse
Expérience : On lance un véhicule à une
certaine vitesse. Il freine et on mesure la
distance qu’elle parcourt avant de
s’arrêter. Cette distance d’appelle la
distance de freinage.
1. Tracez la distance de freinage en
fonction de la vitesse.
2. Calculez le carré de la vitesse et
tracez la distance de freinage en fonction
de du carré de la vitesse

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Vitesse du
véhicule
(en km/h)
Vitesse du
véhicule au
carré (en
km²/h²)
Distance de
freinage sur
route sèche
(en m)
10 100 1,8
20 400 2,53
30 900 6,9
40 1600 10,3
50 2500 16,1
60 3600 22,8
70 4900 31,4
80 6400 41
90 8100 52
100 10000 64,6
110 12100 78,1
120 14400 91
130 16900 108,5
140 19600 123
0
20
40
60
80
100
120
140
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100110120130140
distance de freinage (m)
Vitesse (km/h)
0
20
40
60
80
100
120
140
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000
distance de freinage (m)
Vitesse au carré (km²/h²)
Observations : Les points du graphique de la distance de freinage en fonction du
carré de la vitesse sont alignés avec l’origine.
Conclusion :
La distance de freinage et le carré de la vitesse sont proportionnels.
L’énergie cinétique et le carré de la vitesse sont proportionnels.
A retenir :
La distance de freinage augmente plus vite que la vitesse (elles ne sont pas
proportionnelles). Massy Ec vs vitesse 28 p 148 : Violence d’un choc
4) Calcul de l’énergie cinétique
A retenir :
M est le masse d’un objet (en kg)
V est la vitesse de cet objet (en m/s)
E
c
est l’énergie cinétique de cet objet (en J)
E
c
= ½×m×v²
Exemple : Ivo Colovîc sert une balle de 55 g à 251 km/h
251 ÷ 3,6 = 69,7 m/s
55 g = 0,055 kg
E
c
= 0,5 × 0,055 × 69,7² = 133,6 J

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L’énergie cinétique de la balle est de 133.6 J (elle correspond à un sac de 13
kg qui chuterait de 1 m)
Exo Massy calcul énergie cinétique 9 p 145
Exo Massy da vs vitesse 7 p 144
34 22 Un objet possède une énergie de position au voisinage de la Terre ;
34 23 Un objet possède une énergie de mouvement appelée énergie
cinétique.
34 24 La somme de ses énergies de position et cinétique constitue son
énergie mécanique.
34 25 Conversion d'énergie au cours d'une chute.
144 26 Raisonner, argumenter pour interpréter l'énergie de mouvement
acquise par l'eau dans sa chute par une diminution de son énergie de position.
34 27 La relation donnant l'énergie cinétique d'un solide en translation est Ec
= ½ m.v2.
143 28 L'énergie cinétique se mesure en joules (J).
112 29 Décrire le comportement de l'énergie cinétique en fonction de la masse.
112 30 Décrire le comportement de l'énergie cinétique en fonction de la
vitesse.
112 31 La distance de freinage croît plus rapidement que la vitesse.
111 32 Exploiter les documents relatifs à la sécurité routière.
Evaluation
Les formes d’énergie :
• Définition des différentes forment d’énergie
• Transformation d’énergie dans une chute.
L’énergie cinétique :
• Evolution avec la masse, la vitesse
• Calcul
ASSR :
• Distance de freinage et vitesse
• Texte de sécurité routière