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Séance 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
38Pourquoi l'eau d'un barrage acquiert-elle de la vitesse au cours de sa chute ?
Séance 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .43
Qu'est-ce
que l'énergie cinétiqueL'expression
de l'énergie cinétiqueSéance 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .49
Quel lien existe-t-il entre l'énergie cinétique, l'énergie de position et l'énergie mécanique Une première approche du lien entre l'énergie cinétique et l'énergie de positionConversions d'énergiesSéance 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .57
Énergie
et sécurité routière Comment et en quoi peut se transformer l'énergie cinétique ?Séance 5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .63
L'arrêt d'un véhicule
© Cned - Académie en ligne
Cned, Physique - Chimie 3e
38Séance 1
Pourquoi l'eau d'un barrage acquiert-elle de la vitesse au cours de sa chute ? AQue vais-je apprendre dans cette séance ?
Dans cette séance, tu vas découvrir ce qu'est l'énergie cinétique, son origine et les conditions
de son apparition.Tu découvriras aussi une autre forme d'énergie, l'énergie de position ainsi que les facteurs
qui la génèrent. BJe découvre
Activité expérimentale
L'expérience du moulin à eau
Exercice 1
Observe les photos, lis les commentaires des figures 1 et 2, puis réponds aux questions posées par
des phrases rédigées. Étudie ensuite la correction.Fig. 1Fig. 2
On verse de l'eau sur les pales d'un
moulin. Le moulin se met à tourner. On élève la hauteur de chute de l'eau en maintenant le même débit d'eau. Le moulin tourne alors plus vite.
1- À quoi est due la chute de l'eau sur les pales du moulin ?
2 - En tre la photo de la figure 1 et la photo de la figure 2, qu'est-ce qui a été changé dans le r glage du montage ? Séquence 2 - séance 1© Cned - Académie en ligneCned, Physique - Chimie 3e -
393- Compare le mouvement des pales des deux moulins dans les deux cas (photos des
figures 1 et 2).4- a) Compare les vitesses de l'eau au moment du contact avec les pales du moulin
ph otos des figures 1 et 2). b) C omment varie la vitesse de l'eau au cours de la chute ? 5- Ce tte énergie liée au mouvement porte un nom. Lequel ?6- Ré
dige un paragraphe en observant les deux photos, et en utilisant les mots : énergie ci nétique, hauteur et vitesse.Étude de document
Exercice 2
L'eau du lac d'un barrage
Observe attentivement l'illustration, puis fais l'exercice. Étudie ensuite la correction. Séquence 2séance 1 - © Cned - Académie en ligneCned, Physique - Chimie 3e
401- Quelle est la différence d'altitude entre la surface libre de l'eau du lac de retenue et la
turbine ? 2- Po urquoi l'eau du lac s'écoule-t-elle dans la conduite forcée ? 3 - Ra ppelle le nom de l'énergie qui est à l'origine du mouvement de rotation de la turbine ? 4 - Su r le schéma, au niveau du lac de retenue, apparaît une autre forme d'énergie. C o mment se nomme-t-elle ? Comment se note-t-elle ? (Indice : Lis le C5- Si la différence d'altitude était de 200 m, que ferait la turbine et comment évoluerait
l énergie cinétique de l'eau arrivant à son contact ? Justifie. 6- Po urquoi dit-on de cette nouvelle forme d'énergie qu'elle est " de position » ? CL'essentiel
• Un objet en mouvement possède une énergie de mouvement appelée énergie cinétique
et notée E c • Un objet de masse m a un poids qui est responsable du mouvement de chute. • Du fait de son poids et de sa position par rapport au sol, l'eau est capable de chuter. • Cet te forme d'énergie est appelée énergie de position et se note E p j e retiens Séquence 2 - séance 1© Cned - Académie en ligneCned, Physique - Chimie 3e -
41D
Je vérifie mes connaissances
Exercice 3
Coche la bonne réponse puis vérifie la correction.Oui Non
1- Un objet en mouvement possède-t-il de l'énergie
ci nétique ?2- L'énergie cinétique est-elle différente de l'énergie de
mo uvement ?3- Est-ce que c'est le poids d'un objet qui est responsable
de son mouvement de chute ?4- Peut-on dire que plus la masse d'un objet est importante
pl us son énergie cinétique augmente en cas de chute ?5- L'énergie de mouvement se note-t-elle E
m6- L'énergie cinétique augmente-t-elle au cours d'une
c h ute ?7- L'énergie de position se note-t-elle E
p8- L'énergie de position dépend-elle de la vitesse ?
9- L'
énergie de position augmente-t-elle avec la hauteur de c h ute ?10- Un objet posé sur le sol possède-t-il de l'énergie de
po sition ?11- Lorsqu'une goutte de pluie tombe, est-ce que sa vitesse
au gmente et son altitude diminue ?12- Lorsqu'une goutte de pluie tombe, est-ce que son énergie
de position E p augmente et son énergie cinétique E c diminue ?Exercice 4
Un barrage hydraulique est un ouvrage construit sur le chemin d'un fleuve ou à proximité d'un lac. La retenue d'eau peut atteindre des hauteurs de l'ordre de la centaine de mètres.1- Quelle action produit la Terre sur l'eau d'un barrage ?
2 mesure que le niveau de l'eau du barrage monte, quelle est l'énergie qui varie ? Dans qu el sens et pourquoi ? 3- Q uand la turbine est en fonction, quelle forme d'énergie lui a-t-on transmise ? Séquence 2séance 1 - © Cned - Académie en ligneCned, Physique - Chimie 3e
424- On souhaite produire plus d'énergie au niveau de la turbine. Comment doit évoluer la
vitesse de l'eau au niveau de la turbine ? 5 - Co mment obtenir une vitesse de l'eau plus importante au niveau de la turbine ? 6 - Qu elle conséquence dégages-tu concernant l'amélioration des performances dans la c o nstruction d'un barrage hydraulique ? 7 - Ré dige un paragraphe de conclusion utilisant les mots suivants : barrage, énergie c i nétique, énergie de position, hauteur de chute, vitesse de l'eau. Séquence 2 - séance 1© Cned - Académie en ligneCned, Physique - Chimie 3e -
43Séance 2
Qu'est-ce que l'énergie cinétique ? L'expression de l'énergie cinétique AQue vais-je apprendre dans cette séance ?
j e sais déjà Dans la séance 1, tu as découvert l'énergie cinétique E c et des situations dans laquelle elle intervient (barrage, chute). Le mouvement est une des conditions de son apparition. Finalement, c'est la vitesse qui est la grandeur physique associée au mouvement.Pour cette séance tu auras besoin de savoir :
• cal culer (usage des puissances de 10), • utiliser ta calculatrice, • utiliser une formule avec des carrés, • exprimer correctement un résultat • exploiter les informations d'un graphique c e que je vais apprendre dans cette séance Dans cette séance, tu vas découvrir que l'énergie cinétique E c dépend d'une autre grandeur physique, la masse. Ainsi on pourra aborder l'expression mathématique de cette énergie. Séquence 2séance 2 - © Cned - Académie en ligneCned, Physique - Chimie 3e
44B
Je découvre
Étude de document n° 1
Exercice 5
Lis attentivement le document de la figure 1, fais l'exercice, puis étudie le corrigé.L'expression de l'énergie cinétique
Figure 1
1- Recopie l'expression mathématique de l'énergie cinétique avec les unités.
2- À quelle condition un objet peut-il posséder de l'énergie cinétique ?
3 - De ux véhicules roulent à la même vitesse v. Ont-ils la même énergie cinétique ? Pou rquoi ? 4 - Si on double la masse, qu'en est-il de l'énergie cinétique ? Séquence 2 - séance 2© Cned - Académie en ligneCned, Physique - Chimie 3e -
45Étude de document n° 2
Exercice 6
Observe attentivement le document de la figure 2, fais l'exercice, puis étudie le corrigé. Énergie cinétique : Influence de la vitesse et de la masseFigure 2
1- Sur les panneaux de sécurité routière, les vitesses ne sont pas indiquées. Indique-les en
complétant ci-dessous : v = ................................... v = ................................... v = ................................... v = ................................... v = ................................... Séquence 2séance 2 - © Cned - Académie en ligneCned, Physique - Chimie 3e
462- Détermine la valeur de l'énergie cinétique d'une voiture de 1 000 kg roulant
• à la vitesse de 50 km/h la vitesse de 100 km/h 3- L'énergie cinétique d'un véhicule qui roule à la vitesse de 50 km/h est-elle multipliée par 2
si sa vitesse est multipliée par 2 ? Aide-toi du graphique. 4- Da ns quelle unité exprime-t-on l'énergie cinétique sur le graphique ? Donne le symbole de ce tte unité. 5- On utilise aussi les multiples : kilojoule (kJ) et mégajoule (MJ). Co nvertis :1 kJ = ......................J = 10... J (en puissance de 10)
6- Toujours d'après le graphique, détermine la valeur l'énergie cinétique pour le véhicule de
1300 kg roulant à la vitesse de 50 km/h.
7- Quelle doit être la vitesse du véhicule de masse 1 000 kg pour atteindre l'énergie cinétique
ob tenue à la question précédente ? C