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Maths 436
Sciences






© The scientific sentence. 2010



Mecanique

Les transformations de l’énergie
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Les transformations de l’énergie



1. La relation entre le travail,
la force et le déplacement


1. Quelles sont les trois conditions qui doivent être respectées pour qu’un travail soit effectué sur un corps ?

1) Le corps doit se déplacer. 2) Une force doit être appliquée sur le corps. 3) Le déplacement du corps doit être dans la même direction que la force appliquée sur le corps ou qu’une composante de celle-ci.

2. Une personne pousse une chaise avec une force de 25 N appliquée horizontalement sur une distance de 3 m. Quel travail est effectué sur la chaise ?

75 J

3. Quelle distance horizontale sera parcourue par un chariot si un travail de 1 200 J est effectué en appliquant une force moyenne de 2500 N?

0,48 m

4. Une personne applique une force de 200 N avec un angle de 15° par rapport à l’horizontale pour pousser une tondeuse sur une distance de 200 m. Quel travail cette force effectue-t-elle ?

3.86 x 104 J



2. La relation entre le travail et l’énergie

Une voiture A entre en collision avec une voiture B qui est immobile. Au moment de l’impact, la voiture A s’immobilise et la voiture B est mise en mouvement sur une certaine distance.

1. Quelle voiture effectue un travail sur l’autre ?

La voiture A.

2. Qu’est-ce qui permet à la voiture B de se mettre en mouvement?

L’énergie transférée de la voiture A à la voiture B, qui correspond au travail effectué par la voiture A sur la voiture B



3. La relation entre la masse et le poids


1. Qu’est-ce que la masse ?

La masse d’un corps correspond à la quantité de matière qu’il contient.

2. Qu’est-ce que le poids ?

Le poids est la force gravitationnelle qui s’exerce sur un corps, selon la planète sur laquelle le corps se trouve.

3. Une personne monte sur un pèse-personne et celui-ci affiche 80 kg.

a. S’agit-il de la masse ou du poids de cette personne ?

Il s’agit d’une estimation de la masse basée sur la mesure du poids et de la valeur du champ gravitationnel terrestre.

b. Si ce pèse-personne était utilisé par la même personne sur la planète Mars, afficherait-il le même nombre ? Expliquez votre réponse.

Non, parce que le poids sur Mars est différent et que le pèse-personne n’utiliserait pas la bonne valeur de champ gravitationnel.

4. Calculez le poids du télescope Hubble sur Terre, en sachant que sa masse est de 12 000 kg.

1.2 x 105 N

5. Quel serait le poids du télescope Hubble à la surface de la Lune (g (Lune) = 1.6 N/kg)?

1,9 x 104 N



4. La relation entre l’énergie cinétique,
la masse et la vitesse


Quelle est l’énergie cinétique d’une balle de golf de 45 g qui se déplace : a. à 70 m/s ?

110 J

b. à 45 m/s ?

46 J



5. La relation entre l’énergie potentielle,
la masse, l’accélération et le déplacement


1. Une personne soulève à partir du sol une boîte de 8 kg et la dépose sur le dessus d’une table de 1,5 m de hauteur. Quelle est l’énergie potentielle emmagasinée dans la boîte une fois qu’elle est déposée sur la table?

118 J

1. Un plongeur de 65 kg est sur un tremplin. Le tremplin est situé à 10 m de la surface de l’eau contenue dans un bassin de 5 m de profondeur. Quelle énergie potentielle est emmagasinée dans le plongeur :

a. par rapport à la surface de l’eau ?

6,4 x 103 J

b. par rapport au fond du bassin ?

9,6 x 103 J



6. La loi de la conservation de l’énergie


1. Qu’est-ce que la loi de la conservation de l’énergie ?

La loi de la conservation de l’énergie stipule que l’énergie ne peut être ni créée ni détruite, mais seulement transformée d’une forme à une autre.

2. Une pierre tombe du haut d’une falaise de 54 m de hauteur. En ne tenant pas compte du frottement, déterminez si les énergies cinétique et potentielle sont maximales, nulles ou équivalentes :

a. lorsque la pierre est en haut de la falaise ?

Au début de la chute, la vitesse de la pierre est nulle. Donc son énergie cinétique est nulle et son énergie potentielle est maximale.

b. lorsque la pierre est à une hauteur de 27 m durant sa chute ?

Il n’y a pas de frottement, donc l’énergie mécanique de la pierre est conservée. En considérant l’énergie potentielle comme nulle en bas de la falaise, à 27 m de hauteur, l’énergie potentielle est égale à la moitié de sa valeur à 54 m de hauteur.

EM = EP (54 m) + EC (54 m) = EP (54 m) = EP (27 m) + EC (27 m) = 2 x EP (27 m)

Donc, EP (27 m) = EC (27 m). À 27 m, les énergies potentielle et cinétique sont équivalentes.



7. Le rendement énergétique


1. Qu’est-ce que le rendement énergétique ?

Le rendement énergétique d’une machine ou d’un système est le pourcentage de l’énergie consommée par cette machine ou ce système qui a été transformé en énergie utile.

2. a. Quel est le rendement énergétique d’une grue qui consomme 15 250 J pour effectuer un travail de 3 500 J ?

23 %

b. Quel est le rendement énergétique d’un tracteur qui consomme 20 000 J pour soulever une pierre de 200 kg à une hauteur de 3 m ?

29 %



8. La distinction entre chaleur et température

1. a. Qu’est-ce que la température ?

La température est une mesure du degré d’agitation des atomes et des molécules.

b. Qu’est-ce que la chaleur ?

La chaleur est un transfert d’énergie entre deux systèmes de températures différentes.

2. Une bouilloire A contient 1 kg d’eau à 100 °C et une bouilloire B contient 1 kg d’eau à 90 °C. Indiquez si les énoncés suivants sont vrais ou faux. Si un énoncé est faux, reformulez-le afin qu’il traduise correctement la situation.

a. Si l’on plonge la bouilloire B dans un bac d’eau à 20 °C, elle transférera plus d’énergie thermique à l’eau du bac que ne le ferait la bouilloire A.

Faux. Si l’on plonge la bouilloire B dans un bac d’eau à 20 °C, la bouilloire A transférera plus d’énergie thermique à l’eau du bac que ne le ferait la bouilloire B.

b. Si l’on plonge la bouilloire A dans un bac d’eau à 20 °C, l’énergie thermique sera transférée de l’eau du bac vers celle de la bouilloire.

Faux. Si l’on plonge la bouilloire A dans un bac d’eau à 20 °C, l’énergie thermique sera transférée de l’eau de la bouilloire vers l’eau du bac.

c. Si l’on mélange l’eau de la bouilloire A avec celle de la bouilloire B, la température de l’eau sera la même que celle de la bouilloire A.

Faux. Si l’on mélange l’eau de la bouilloire A avec celle de la bouilloire B, la température de l’eau sera comprise entre 90 °C et 100 °C.



9. La relation entre l’énergie thermique,
la capacité thermique massique, la masse
et la variation de température


1. Qu’est-ce que la capacité thermique massique ?

La capacité thermique massique correspond à la quantité d’énergie thermique qu’il faut transférer à un gramme de substance pour augmenter sa température de 1 °C.

2. La capacité thermique massique de l’eau est de 4,19 J/g °C. Calculez la quantité de chaleur nécessaire pour élever de 30 °C la température de 240 g d’eau.

3.02 x 104 J

3. La capacité thermique massique de l’eau est de 4.19 J/g °C et celle du cuivre est de 0.39 J/g °C.

Si l’on chauffe 10 g d’eau et 10 g de cuivre à 25 °C :

a. laquelle des deux substances emmagasinera le plus d’énergie thermique ? Justifiez votre réponse.

Les 10 g d’eau emmagasineront plus d’énergie thermique que les 10 g de cuivre, car les deux masses sont égales et la capacité thermique massique de l’eau est supérieure à celle du cuivre.

b. laquelle des deux substances verra sa température augmenter le plus rapidement ?

Le cuivre.






  


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