3° > Chap NRJ2 : L’énergie potentielle et l’énergie mécanique. Conservation de l’énergie.

Sur une nouvelle feuille, créez un chapitre NRJ2 intitulé « L’énergie potentielle et l’énergie mécanique. Conservation de l’énergie » puis faire l’activité 1, questions 1 à 4.

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Activité à rechercher avant de venir en cours

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Activité 1 : Énergie mécanique du skater

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Visionnez la vidéo suivante :

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Pour manipuler vous-même le skateur, vous pouvez vous reporter à l’animation de l’activité 3 ci-dessous.

Observer ensuite l’histogramme ci-dessous issu de la vidéo puis répondez aux 4 questions suivantes :

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1° Déduire de ce diagramme l’égalité qui permet de calculer l’énergie mécanique Em à partir de l’énergie cinétique Ec et de l’énergie potentielle de position Epp ? (Remarque : Cette équation apparait dans la vidéo)

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2° Recopier (ou imprimer) le tableau suivant puis compléter-le en utilisant les symboles ↑ ↓ ou S, pour « augmente » ; « diminue » ou « stable » :

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3° Expliquer les changements observés pour les 3 énergies.

Consigne : Recopier et compléter en utilisant votre vocabulaire.

Lorsqu’un objet descend la piste, l’énergie cinétique …………………… tandis que l’énergie potentielle de position …………………… Lorsqu’un objet remonte la piste, l’énergie cinétique ………… tandis que l’énergie potentielle de position ……………

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4° Analyser la colonne correspondant à l’énergie mécanique.

Consigne : Écrivez une phrase qui décrive l’évolution de l’énergie mécanique lorsque le stater va et vient sur la piste.

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Autres activités qui seront faites en classe

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Activité 2 : L’énergie potentielle de position

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1° Une énergie potentielle, potentiellement dangereuse !

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Voici un type de texte affiché à l’entrée des plages situées en contre bas des falaises dans le nord pas de calais :

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Questions :

1° Que signifie l’expression « potentiellement dangereux » utilisée dans le texte ?

2° Dans la situation décrite dans ce texte, en quoi un gros rocher est-il plus dangereux qu’un petit rocher ?

3° En quoi l’augmentation de l’altitude du rocher le rend-il plus menaçant ?

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2° De quoi dépend l’énergie potentielle de position du rocher ?

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Selon le document précédent, quels sont les 2 paramètres dont dépend l’énergie potentielle de position d’un objet ?

Pour établir la formule de définition de cette énergie potentielle, on pourra comprendre que la valeur de la gravité locale, notée g, est le 3ème paramètre à prendre en compte.

L’énergie potentielle de position sera notée Epp ou Ep selon le manuel utilisé.

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3° Conclusion : La formule obtenue pour l’énergie potentielle de position.

On notera et on encadrera (dans son cours) la formule de définition qui traduit la proportionnalité entre Epp ; m ; H et le coefficient de proportionnalité noté « g ». On obtient ainsi :

Epp = g × m × H

Recopier aussi, ci-dessous, la signification des symboles utilisés (accompagné des unités correspondantes) :

  • Epp : énergie potentielle de position (en Joule)
  • m : masse (en kg)
  • H : altitude (en m)
  • g : gravité (en N/kg)

Remarque : Pour les exercices, en général, on retiendra que g = 9,8 N/kg.

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4° Les autres formes d’énergie potentielle : l’énergie potentielle élastique

Le potentiel est une capacité « en devenir ». Une énergie potentielle est donc stockée en attendant d’être libérée. Elle est donc « potentiellement » apte à produire quelque chose.

On a rencontré ci-dessus l’énergie potentielle de position. Celle-ci peut, éventuellement, se transformer en énergie cinétique.

Un autre exemple d’énergie emmagasinée est l’énergie potentielle élastique qui existe dans un ressort comprimé ou dans un élastique tendu (voir photo ci-contre).

Cette énergie sera libérée au moment du lâcher.

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Ces 2 exemples (le ressort ou l’élastique) sont des exemples d’objets qui possèdent une énergie potentielle qu’on appelle « énergie potentielle élastique »

Question : Sur la photo ci-dessus, en quel type d’énergie sera convertie l’énergie potentielle élastique lors de son lâcher ?

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Activité 3 : Énergie cinétique et freinage

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1° L’énergie avant freinage

Le freinage permet de réduire la vitesse. Utiliser cette propriété pour trouver le nom de l’énergie qui se transforme lors d’un freinage. Cette énergie est à reporter dans la chaine énergétique ci-dessous (voir au 3°)

2° L’énergie après freinage

Observer la couleur du disque de frein d’une voiture avant et après freinage. Que peux-tu en déduire au sujet de sa température ?

3° : Recopiez et complétez dans votre cours la chaine énergétique suivante

2° : Quel est l’autre nom utilisée pour l’énergie thermique ? (Aide : Voir la liste de noms d’énergies proposée, en cochant la case « histogramme » dans l’animation du skateur de l’activité 4.)

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Activité 4 : Expérimenter l’énergie mécanique

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1° Un mouvement perpétuel

  • Commencer en cliquant sur « Introduction ».
  • Cocher la case « histogramme ».
  • Déposer doucement le skateur sur la piste (énergie calorifique nulle)
  • Faites glisser.

Questions :

1.1° : Sur cette animation, on n’a pas ajouté de frottements. Le mouvement du skateur va-t-il s’arrêter ?

1.2° : Cette situation peut elle être réalisable dans la vie réelle ? Pourquoi ?

1.3° : A quelle(s) égalité(s) correspond(ent) cette situation ? (Cocher « Histogramme » et choisir) :

  • Em = Constante
  • Ec = constante
  • Epp = Constante

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2- Faire une rampe.

  • Cocher « Histogramme » dans le volet de droite pour faire apparaitre les représentations des 4 énergies : Ec ; Epp ; Ecalorifique et Etotale
  • Soulever le skateur avec la souris pour le placer en haut de la rampe.

Questions:

2.1° : Quels sont les énergies qui augmentent lorsqu’on soulève le skateur ?

2.2° : Laquelle de ces énergies est due à l’augmentation de l’altitude ?

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3- Créer une cuvette et une bosse

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Questions :

3.1° : Où doit-on placer le skater pour qu’il ne sorte pas de la cuvette ?

3.2° : A quelle condition d’énergie potentielle de pesanteur cela correspond-il ? (choisir) :

  • Em < EppB
  • EppA < EppB
  • Em < EppA

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4- Fabriquer une boucle en descente

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Questions :

4.1° : Quelles sont les conditions d’altitude qui permettent au skater de passer la boucle ?

4.2° : A quelle condition d’énergie cela correspond-il ?

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5- Fabriquer une boucle après une zone plane(comme ci-dessous) :

Questions :

5.1° : Placer le skater est en bas. Appuyer sur la flèche droite du clavier pour allumer le réacteur. Quelle est la forme d’énergie qu’il acquiert alors ?

5.2° : Quelles sont les conditions d’énergie cinétique et potentielle de pesanteur pour que le skateur réussisse à passer la boucle ? Exprimer la même condition en utilisant le terme « énergie mécanique ».

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Activité 5 : Ajouter des frottements

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Ajouter des frottements à votre skater, en utilisant le volet de droite.

Régler-les au minimum, mais pas jusqu’à zéro (voir photo ci-contre) :

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Réaliser la situation ci-dessous puis faites glisser le skater à partir du haut.

Cocher « Histogramme » dans le volet de droite pour faire apparaitre les représentations des 4 énergies : Ec ; Epp ; Ecalorifique et Etotale

Questions :

  • 4.1° : Quelle est l’énergie qui augmente lorsque le skater freine ?
  • 4.2° : Observer l’évolution de l’énergie totale. En déduire l’égalité qui permet de calculer l’énergie totale E(totale) à partir de l’énergie cinétique Ec, de l’énergie potentielle de position Epp et de l’énergie calorifique E(calorifique) ?
  • 4.3° : L’énergie mécanique Em = Ec + Epp se conserve-t-elle dans le cas où il y a des frottements ?
  • 4.4° Observe-t-on la même chose dans le cas d’un choc ?
  • 4.5° : Quelles sont donc les conditions pour que l’énergie mécanique se conserve ?

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Activité 6 : Conversion de l’énergie lors d’un choc

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1° Observation

Lorsqu’il heurte le sol, un skateur s’accroupit pour absorber l’énergie de sa chute. Des muscles se tendent et son corps s’échauffe. L’énergie se transforme donc en énergie thermique.

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2° Manipulation :

Soulever le skateur en hauteur avec votre souris et noter l’augmentation de son énergie potentielle de position dans l’histogramme. Faites alors tomber le skateur à partir sa position en hauteur et observe le transfert d’énergie dans l’histogramme.

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3° Questions : Observer l’évolution des histogrammes

1° Sous quelle forme a été transformée l’énergie potentielle pendant la chute ? : …

2° Sous quelle forme a été transformée l’énergie au moment du choc sur le sol ? : …

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Transfert d’énergie

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Activité 6 : Quiz – La fête foraine

Répondez au quiz qui vous est proposé

Pour accéder au module « Énergies cinétique et de position », cliquez sur le lien https://edu.tactileo.fr/GO et utiliser le code SWRH

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 Bilan

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Un bilan du chapitre est présenté dans la vidéo ci-dessous.

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Cliquez sur le lien suivant pour accéder à la CARTE MENTALE imprimable pour ce chapitre.

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 Corrigés

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Des éléments de correction apparaitront ci-dessous  lorsque le chapitre aura été complété.

Corrigé disponible : Cliquez sur le lien suivant pour accéder au « Corrigé du chapitre NRJ2« 

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