3° > Chap NRJ2 : L’énergie mécanique et sa conservation

Sur une nouvelle feuille, créez un chapitre NRJ2 intitulé « l’énergie mécanique et sa conservation » 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

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 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 pour « augmente » ; « diminue » ou « stable » :

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3° Expliquer les changements observés pour les 3 énergies. Recopier et compléter.

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° Observer la colonne énergie mécanique. 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 durant le cours

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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 :

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.

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De quoi dépend l’énergie du rocher ?

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

Pour établir la formule de définition de l’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 pesanteur sera notée Epp.

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

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

Une énergie potentielle est une énergie qui peut potentiellement être libérée.

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

Un autre exemple d’énergie emmagasinée est l’énergie élastique qui existe dans un ressort comprimé (attention lors de la détente) ou dans un élastique tendu (voir photo ci-dessous).

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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 : Expérimenter l’énergie mécanique

Sur l’animation ci-dessous, construisez les circuits suivants puis, pour chaque circuit, répondez aux questions correspondantes.

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 ? :

  • 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 4 : Ajouter des frottements

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

Régler-les au minimum (voir 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 5 : La fête foraine

Répondez au quiz qui vous est proposé

Pour accéder au module « S’ENTRAÎNER : Sensations fortes », cliquez sur le lien https://edu.tactileo.fr/GO et utiliser le code WDS1

Recopier et compléter :

Au point le plus haut de la montagne russe, l’énergie potentielle de position est maximale/minimale (choisir : aide possible en page 4) et l’énergie cinétique est minimale/ minimale (choisir : aide possible en page 6).

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Activité 6 : Énergie cinétique et freinage

Répondez au quiz qui vous est proposé

Pour accéder au module « DÉCOUVRIR : Énergie cinétique et freinage », cliquez sur le lien https://edu.tactileo.fr/GO et utiliser le code : NA35

Questions :

6.1° : Recopiez et complètez dans votre cours la chaine énergétique de la page 6 (voir ci-dessous)

6.2° : Quel est l’autre nom de l’énergie calorifique ?

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 Bilan

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

La vidéo ci-dessous est aussi un outil de bilan possible :

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 Corrigés

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

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