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1. Constitution et transformations de la matière
Ch. 1
Composition chimique d'un système
Ch. 2
Composition chimique des solutions
Ch. 3
Évolution d'un système chimique
Ch. 4
Réactions d'oxydoréduction
Ch. 5
Détermination d'une quantité de matière par titrage
Livret Bac : Thème 1
Ch. 6
De la structure à la polarité d'une entité
Ch. 7
Interpréter les propriétés d’une espèce chimique
Ch. 8
Structure des entités organiques
Ch. 9
Synthèse d'espèces chimiques organiques
Ch. 10
Conversions d'énergie au cours d'une combustion
Livret Bac : Thème 1 bis
2. Mouvement et interactions
Ch. 11
Modélisation d'interactions fondamentales
Ch. 12
Description d'un fluide au repos
Ch. 13
Mouvement d'un système
Livret Bac : Thème 2
3. L'énergie, conversions et transferts
Ch. 14
Études énergétiques en électricité
Ch. 15
Études énergétiques en mécanique
Livret Bac : Thème 3
4. Ondes et signaux
Ch. 16
Ondes mécaniques
Ch. 17
Images et couleurs
Ch. 18
Modèles ondulatoire et particulaire de la lumière
Livret Bac : Thème 4
Méthode
Fiches méthode
Fiche méthode compétences
Annexes
Chapitre 15
Exercices
Pour s'échauffer - Pour commencer
18 professeurs ont participé à cette page
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| Pour commencer | Différenciation | Pour s'entraîner | Pour aller plus loin | |
|---|---|---|---|---|
| Savoir calculer une énergie cinétique ou potentielle | ||||
| Savoir calculer le travail d'une force de frottement | ||||
| Exploiter le théorème de l'énergie cinétique | ||||
| Exploiter la conservation ou non-conservation de l'énergie mécanique |
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Pour s'échauffer
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- Origine des énergies potentielles : niveau de la mer ;
- Intensité du champ de pesanteur : g = 9,81 N·kg-1.
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5Énergie cinétique
Calculer l'énergie cinétique du footballeur Kylian
Mbappé, dont la masse est de m = 78 kg, lorsqu'il atteint sa vitesse maximale de 32,4 km·h-1.Ressource affichée de l'autre côté.
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6Énergie cinétique
Calculer la vitesse d'un train de masse m = 19 tonnes ayant une énergie cinétique de 1 450 MJ.Ressource affichée de l'autre côté.
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7Énergie potentielle de pesanteur
Calculer l'énergie potentielle de pesanteur d'un moineau de masse m = 20 g placé sur une ligne haute tension
située à 30 m du sol.Ressource affichée de l'autre côté.
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8Énergie mécanique
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Calculer l'énergie mécanique d'un dromadaire de masse m = 350 kg se déplaçant à la vitesse de 2,0 km·h‑1 sur une dune de sable haute
de 100 m.
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9Travail d'une force
Calculer le travail du poids d'un alpiniste de 80 kg lorsqu'il
gravit l'Everest haut de 8 848 m depuis le camp de base à 5 150 m.Ressource affichée de l'autre côté.
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10Travail d'une force
Calculer le travail fourni par un système soumis à une force motrice constante de 120 N et se déplaçant en ligne droite sur une distance de 2,0 km.Ressource affichée de l'autre côté.
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Pour commencer
Énergie mécanique, cinétique et potentielle
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11Calculer une variation d'énergie cinétique
✔ MATH : Calcul littéral (résoudre une équation)
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Une balle de baseball d'une masse de 120 g est lancée avec une vitesse de 30 m·s-1. Au cours de son mouvement, sa vitesse diminue progressivement jusqu'à 20 m·s-1 et son altitude ne varie pas.
1. Calculer la variation d'énergie cinétique de la balle.
2. En déduire le travail des forces de frottement.
1. Calculer la variation d'énergie cinétique de la balle.
2. En déduire le travail des forces de frottement.
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12Décrire l'évolution d'une grandeur physique
✔ RAI/ANA : Associer les unités de mesure à leur grandeurPour un corps de masse m en mouvement à la vitesse v :
1. Choisir, parmi les graphiques proposés, celui qui correspond à l'évolution de l'énergie cinétique en fonction de la vitesse. Justifier.
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2. Lequel correspond à l'évolution de l'énergie cinétique en fonction de la masse m ? Justifier.
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13Exploiter un graphique pour identifier une
inconnue
✔ VAL : Exploiter numériquement un ensemble de mesuresUne plongeuse de 50 kg, assimilée à un point matériel, saute depuis un tremplin dans une piscine. Des mesures ont été effectuées afin de représenter l'évolution au cours du temps de l'énergie potentielle de pesanteur de la plongeuse par rapport à la surface de l'eau, l'altitude de cette surface sera donc prise comme référence.
1. Parmi les deux graphiques proposés, lequel correspond à l'évolution de l'énergie potentielle de pesanteur de la plongeuse au cours du temps ? Justifier.
2. Déterminer la hauteur du plongeoir.
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Données
- Intensité du champ de pesanteur : g = 9,81 N·kg-1.
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ALa ceinture de sécurité
✔ MATH : Calcul littéral (résoudre une équation)
L'énergie cinétique que peut absorber une ceinture de sécurité est d'environ 45 \times 10^3 J.
1. La ceinture de sécurité est-elle efficace pour un choc frontal dans le cas d'un conducteur de 80 kg roulant à 80 km·h-1 ? On fera l'approximation que toute l'énergie cinétique du conducteur est transférée à la ceinture lors d'un choc supposé instantanné.
2. La ceinture de sécurité est-elle encore efficace quand la vitesse est doublée ?
3. A partir de quelle vitesse n'est-elle plus efficace ?
L'énergie cinétique que peut absorber une ceinture de sécurité est d'environ 45 \times 10^3 J.
1. La ceinture de sécurité est-elle efficace pour un choc frontal dans le cas d'un conducteur de 80 kg roulant à 80 km·h-1 ? On fera l'approximation que toute l'énergie cinétique du conducteur est transférée à la ceinture lors d'un choc supposé instantanné.
2. La ceinture de sécurité est-elle encore efficace quand la vitesse est doublée ?
3. A partir de quelle vitesse n'est-elle plus efficace ?
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Une notion, trois exercices
Différenciation
Exploiter la conservation ou non-conservation de l'énergie mécanique
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Au point de penalty situé à d = 11 m de la ligne de but, le joueur tape le ballon en direction du centre du but avec une vitesse initiale v_{0} = 11,5 m·s-1. Pour remporter le point, le ballon doit franchir la ligne de but en \text{A} (d ; z_{\text{A}}). La référence de l'énergie potentielle de pesanteur est prise à l'origine du repère et l'intensité du champ de pesanteur est égale à g = 9,81 N·kg-1. Le ballon a une masse m = 650 g.
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Doc. 1
La panenkaAntonin Panenka est un footballeur tchécoslovaque qui a donné son nom à une technique de tir de penalty : la panenka. Le ballon est frappé doucement pour prendre une trajectoire en cloche.
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Doc. 2
Trajectoire du ballon lors d'une panenka
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Doc. 3
Évolution des énergies lors du tir panenka
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Évolution des énergies mécanique, cinétique et potentielle de pesanteur du ballon lors du tir.
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14La panenka (1)
✔ RAI/ANA : Utiliser des documents pour répondre à une
problématique
1. Doc. 3
Associer à chaque courbe la forme d'énergie correspondante. Justifier.
2. L'énergie mécanique se conserve-t-elle ? Justifier.
3. a. Déterminer graphiquement la valeur de E_{\mathrm{pp}}(\mathrm{A}), énergie potentielle de pesanteur du ballon en \text{A.}
2. L'énergie mécanique se conserve-t-elle ? Justifier.
3. a. Déterminer graphiquement la valeur de E_{\mathrm{pp}}(\mathrm{A}), énergie potentielle de pesanteur du ballon en \text{A.}
3. b.
En déduire la valeur de z_{\mathrm{A}}.
4. a. À partir des réponses aux questions 2. et 3., montrer que v_{\text{A}}=\sqrt{v_{0}^{2}-2 g \cdot z_{\text{A}}}.
4. b. En déduire la valeur v_{\text{A}} de la vitesse du ballon lorsqu'il franchit la ligne de but.
4. a. À partir des réponses aux questions 2. et 3., montrer que v_{\text{A}}=\sqrt{v_{0}^{2}-2 g \cdot z_{\text{A}}}.
4. b. En déduire la valeur v_{\text{A}} de la vitesse du ballon lorsqu'il franchit la ligne de but.
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15La panenka (2)
✔ RAI/ANA : Utiliser des documents pour répondre à une
problématique1. Le ballon est-il soumis à des forces de frottement ?
2. Exprimer la valeur de v_{\mathrm{A}} en fonction de v_{0}, de l'énergie E_{\mathrm{pp}}(\mathrm{A}) et de la masse du ballon. Estimer sa valeur.
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16La panenka (3)
✔ RAI/ANA : Utiliser des documents pour répondre à une
problématiqueÀ partir des documents et de vos connaissances, exprimer la vitesse v_{\text{A}} du ballon en fonction de la vitesse initiale v_{0} et des énergies cinétique E_{\text{c}}(0) et potentielle de pesanteur E_{\mathrm{pp}}(\mathrm{A}). Estimer sa valeur.
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YolèneÉmilieJean-PaulFatimaSarah