Chapitre II – L’énergie cinétique

I – L’unité d’énergie

L’unité internationale pour exprimer une énergie est le joule (J).

1 joule est environ l’énergie nécessaire sur Terre pour soulever un objet ayant une masse de 100g à une hauteur de 1 m.

Remarque : une ancienne unité de mesure de l’énergie est encore utilisée dans le secteur alimentaire, la calorie. Cependant les deux unités doivent être mentionnées sur les emballages.

II- Qu’est-ce que l’énergie cinétique ?

Un objet en mouvement possède de l’énergie cinétique liée à sa vitesse.

Quelle est l’expression de cette énergie ?

Activité  » Orgue de Casadei » :

  • Etude de l’influence  de la masse de l’objet sur l’énergie cinétique :

Casadei, ingénieur chez Renault, a eu l’idée suivante :  on envoie le projectile à étudier sur un tube qui se replie plus ou moins selon l’énergie cinétique du projectile. Sur la figure cicontre, on a placé côte à côte les tubes obtenus en fonction de la masse du projectile pour une même vitesse initiale. On obtient « l’orgue de Casadei ».

Pour déterminer la relation entre l’énergie cinétique et la masse, on peut  réaliser le graphique qui  représente la déformation subie par une barre de fer qui reçoit des projectiles de masses différentes à la même vitesse.

D’après ce graphique, on voit clairement une relation de proportionnalité entre la masse de l’objet et la déformation qu’il provoque, car on obtient une droite qui passe par l’origine.

L’énergie cinétique d’un corps en mouvement est donc proportionnelle à la masse.

 

  • Etude de l’influence  de la vitesse de l’objet sur l’énergie cinétique :

On projette sur une barre en métal un chariot dont la masse est fixée. Plus le chariot va vite et plus il déforme la barre en métal lors du choc. Si l’on réalise plusieurs essais à des vitesses différentes, on obtient un « orgue de Casadei ».

On peut réaliser le graphique qui  représente la déformation subie par une barre de fer qui reçoit un même projectile à des vitesses croissantes.

Si la déformation était proportionnelle à la vitesse, les points représentant la déformation en fonction de la vitesse seraient alignés sur une droit passant par l’origine. Comme ce n’est pas le cas, il n’y a pas de relation de proportionnalité entre déformation et vitesse.

La déformation à 20 km/h est de 16 mm, à 40 km/h de 64 mm et à 80 km/h de 256 mm : à chaque fois que la vitesse double, la déformation est multipliée par 4.
La déformation à 30 km/h est de 36 mm et à 90km/h elle est d’environ 324 mm : la déformation est multipliée par 9.

Il semble que la déformation, donc l’énergie cinétique, dépende du carré de la vitesse. 

 Conclusion : 

L’énergie cinétique Ec d’un solide en translation est proportionnelle à la masse m de l’objet et au carré de sa vitesse v.

La formule de l’énergie cinétique  de cet objet est :

 


Calculs énergie cinétique

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III – L’énergie cinétique se transforme.

1) En énergie thermique.

Au cours du freinage, l’énergie cinétique du véhicule est essentiellement transformée en énergie thermique au niveau des freins du véhicule (frottements).

 

2) En énergie de déformation.

Une voiture qui rentre dans un mur se déforme sous l’effet de la vitesse, or de la même façon que la barre de fer, un voiture a besoin d’énergie pour se déformer.

En cas de choc, la transformation de l’énergie cinétique provoque la déformation du véhicule et peut occasionner des blessures aux passagers, voire leur mort.

Les dégâts sont d’autant plus importants que la vitesse est grande.

 

III – Energie cinétique et distance de freinage.

La distance d’arrêt DA est la distance parcourue par un véhicule entre le moment où le conducteur perçoit un obstacle et l’arrêt complet du véhicule.

DA = DR  +  DF

La distance de réaction DR est la distance parcourue pendant le temps de réaction tR, entre l’instant où le conducteur voit l’obstacle et celui où il commence à freiner.
Ce temps dépend des réflexes du conducteur et de son attention. Il est d’environ 1 à 2 s.

La distance de freinage DF est la distance parcourue, depuis le début du freinage, jusqu’à l’arrêt du véhicule.
Cette distance dépend de la vitesse du véhicule, de son état (freins, pneus) et de l’état de la route.

Au cours du freinage, l’énergie cinétique du véhicule est essentiellement transformée en énergie thermique au niveau des freins du véhicule. DF est multipliée par 4 quand la vitesse est doublée car cette distance est liée à l’énergie cinétique du véhicule.

CONCLUSION :
La distance d’arrêt d’un véhicule augmente plus vite que la vitesse car elle est liée à son énergie cinétique.


 

 

 

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TP Distance de freinage

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42 Commentaires

  1. Ping :Physique-Chimie au Collège » Programme de troisième

  2. Ping :My Homepage

  3. Merci beaucoup!! Grâce à vous, j’ai eu 20.5/20 à mon contrôle!! 🙂

  4. merci beaucoup tout cela ma beaucoup aider !!

  5. Il y à quelque chose qui m’embête! Comment avez-vous fait pour trouver la longueur de la déformation sur le deuxième schéma ?

  6. Merci beaucoup ! La page est top, les schémas sont très simples, les explications sont supers claires… Bref grâce à vous j’ai tout compris et j’ai même vraiment apprécié la science physique, j’espère que je pourrais vite revenir m’aider de votre site ! je vous tiens au courant de la note de mon DM (devoir maison) 😉 Encore merci !

  7. J’ai encor eu 20.5/20 mdr ça ser a rien

  8. Bonjour, est-ce-que quelqu’un pourrait m’aider je cherche comment calculer la distance de « réaction » (Dr) et la distance de « freinage » (Df) d’après le troisième cas… Aidez moi s’il vous plaît !

  9. Super site! Ca m’a beaucoup aidé! Merci lol

  10. Salut merci j’ai un contrôle mardi j’espère avoir bien compris. Juste je n’ai pas compris le truc avec le J( Joules ) .. Pouvez vous m’aider rapidement !!!

  11. C bizarre votre cour ses le copier collé du cour de ma prof même les schémas les vidéos elle vous a copier!

  12. bonjour , j’ai un examen la semaine qui vient et je ne comprend rien du tout si qlq veut bien m’expliquer svp merci

  13. j ai un thème qui consiste a mesurer différent énergie et puissance et je veux mesurer une énergie dans notre quotidien est ce que vous pouvez me proposer des expériences

  14. je vais savoir comment calculer l’energie potentielle svp, pouvez vous m’aider svp?

    • L’énergie potentielle Ep se calcule de la manière suivante :
      Ep = m x g x h
      avec m la masse en kg du corps, g l’intensité de la pesanteur sur terre g = 9,8 N/kg et h l’altitude en mètre à laquelle se trouve le corps.
      Par exemple, un objet de 2 kg qui se trouve à 20 m du sol à une énergie potentielle :
      Ep = m x g x h = 2 x 9,8 x 20 = 392 J.

  15. Merci beaucoup aux créateurs du site car grâce à vous j’ai pu faire tranquillement mon devoir maison de 3ème.

    Thank you 🙂

  16. tres bien expliquer!

  17. Bonsoir

    La dernière vidéo (c’est pas sorcier) ne fonctionne plus.
    Très bien expliqué

    Merci

  18. Merci! Cela m’a bien servi, même étant en terminale S ahah!

  19. J’ai un peu compris mais y a différent exemple que je n ai pas compris. J’ai brevet blanc demain j espère que je vais réussir car en plus je suis super nul en science physique son sa m enerve

  20. Bonjour, je n’arrive pas à accéder aux exercices de mécanique.

  21. merci g eu 21 sur 20 a mon test de chromosoms

  22. Bonjour je cherche à calculer l'énergie de déformation si qq peut m'aider se serai sympa

  23. si qq pourrait m'aider J’arrive pas à certain exercice mercî se serai adorable❤❤

  24. Merci grâce à votre cité j'ai pu aimer à apprendre la physique et sa ma servit pour me n dm

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