QCM N° 13

Principe de conservation

de l'énergie

 

   

 

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Énoncé

A

B

C

Réponse

1

L’énergie électrique est associée à l’interaction :

Gravitationnelle

Électromagnétique

Forte / Faible

B

2

L’énergie nucléaire est associée à l’interaction :

Gravitationnelle

Électromagnétique

Forte / Faible

C

3

L’énergie cinétique d’un solide est liée :

À son altitude

À sa masse

À la valeur de la vitesse

BC

4

L’énergie potentielle de pesanteur d’un solide de masse m à l’altitude h s’écrit :

2 m . g . h

m . g . h

½ m . g . h

B

5

La valeur de la vitesse d’un solide de masse m est liée à son énergie cinétique EC par la relation :

 

 

 

A

 

On a représenté ci-contre les énergies d’une balle lancée dans un champ de pesanteur uniforme

 

6

On considère le graphique ci-dessus.

L’énergie qui se conserve est :

L’énergie cinétique

L’énergie potentielle de pesanteur

L’énergie mécanique

C

7

Quand l’énergie cinétique diminue :

L’énergie potentielle de pesanteur augmente

L’énergie mécanique augmente

L’énergie mécanique reste constante

AC

8

L’étude énergétique de ce mouvement montre que :

Le poids de la balle est négligeable

Les forces de frottement sont négligeables

La balle est en chute libre

BC

9

Lorsqu’un système est isolé, ce système :

Reçoit de l’énergie du milieu extérieur

Cède de l’énergie au milieu extérieur

N’effectue aucun échange avec le milieu extérieur

C

10

Un transfert thermique s’effectue spontanément :

Du corps chaud vers le corps plus froid

Du corps le plus froid vers le corps le plus chaud

Dans les deux sens

A

11

L’énergie cinétique d’une luge de masse = 25,0 kg dont la vitesse est v = 36,0 km / h est de :

1,62 x 104 J

1,25 x 104 J

1,25 x 103 J

C

12

On donne g = 10 N / kg.

L’énergie potentielle de pesanteur étant choisie comme nulle au niveau de la mer, celle d’un plongeur de masse m = 100 kg à la profondeur = 10 m, a pour valeur :

 

1,0 kJ

1,0 x 104 J

–10 kJ

C

13

Pour que l’énergie cinétique d’un solide soit multipliée par 4, il faut que la vitesse soit multipliée par :

2

4

16

A

14

Deux objets ponctuels A et B en interaction avec la Terre sont à la même altitude. Les vitesses de A et de B sont liées par la relation vA = 2 vB et les masses par mB = 4 mA . Leurs énergie cinétique, potentielle et mécanique sont telles que :

EC (A) = EC (B)

EP (A) = EP (B)

EM (A) = EM (B)

A

15

On donne g = 10 N / kg.

Pour une bille de masse m = 5,0 g chutant librement sans vitesse initiale, d’une hauteur = 1,8 m par rapport au sol :

Son énergie cinétique initiale est égale à

9,0 x 10 – 2 J

Sa vitesse est égale à 6,0 m / s lorsqu’elle touche le sol

Son énergie potentielle de pesanteur a augmenté de

9,0 x 10 – 2 J

B

 

 Questionnaire a été réalisé avec Questy Pour s'auto-évaluer

Essentiel :  

    Différentes formes d’énergie :

-    Aux diverses interactions fondamentales, on peut associer des formes d’énergie.

Interaction fondamentale

Énergie associée

Interaction gravitationnelle

Énergie potentielle de pesanteur

interaction électromagnétique

Énergie électrique, énergie chimique, …

Interaction forte ou faible

Énergie nucléaire

-    Tout ce qui vie fonctionne, évolue, nécessite de l'énergie.
-    L’énergie électrique est associée à l’interaction électromagnétique.
-    L’énergie nucléaire est associée à l’interaction  forte ou faible.

    Énergie cinétique :

-    L’énergie cinétique EC est l’énergie que possède un solide du fait de son mouvement.
-    Elle dépend de la vitesse et de la masse du solide.
-    Pour un solide animé d’un mouvement de translation, tous les points du solide ont à chaque instant la même vitesse que le centre d’inertie :
-    L’énergie cinétique EC d’un solide en mouvement de translation est égale au demi-produit de la masse m du solide par le carré de la vitesse vG2 du centre d’inertie du solide.
-    On écrit :

-    L’énergie cinétique caractérise un solide en mouvement.
-    Elle est  :
-    Proportionnelle à la masse m du solide
-    Proportionnelle au carré de la vitesse du solide.
-    Elle dépend du référentiel d’étude.

    Vitesse et énergie cinétique :

-    Relation :

    Énergie potentielle de pesanteur :

-    L’énergie potentielle de pesanteur d’un solide est l’énergie qu’il possède du fait de son interaction avec la Terre.
-     La valeur de cette énergie dépend de la position du solide par rapport à la Terre.
-    Expression :

-    Remarque 1 : La valeur de l’énergie potentielle de pesanteur dépend de la valeur de z, elle dépend du choix de l’origine des altitudes. L’énergie potentielle est définie à une constante additive près.
-    Si l’on choisit comme origine des énergies potentielle le sol : Ep (0)  = 0
-    Ep = m . g . z = m . g . h

 

-    La différence d’énergie potentielle ne dépend pas du choix de l’origine.
-    Pour les exercices, on choisit l’origine la plus commode, celle qui simplifie les calculs.

    Énergie mécanique d’un solide.

-    L’énergie mécanique d’un solide est la somme de son énergie cinétique et de son énergie potentielle.
-    Relation : Em = EC +  EP.

    Balle lancée dans un champ de pesanteur uniforme :

-    Au cours du mouvement de la balle :
-    L’énergie potentielle de pesanteur augmente, passe par une valeur maximale puis diminue.
-    Alors que l’énergie cinétique diminue, passe par une valeur minimale puis augmente.
-    Quand l’énergie cinétique diminue, l’énergie potentielle augmente et inversement.
-    Il y a transformation mutuelle d’énergie potentielle de pesanteur en énergie cinétique.
-    L’énergie mécanique garde une valeur pratiquement constante, on peut dire qu’elle se conserve.
-    L’étude énergétique de ce mouvement montre que :
-    Les forces de frottement sont négligeables et que
-    La balle est en chute libre. 

    Chute libre :

-    On appelle chute libre le mouvement d'un objet soumis uniquement à son poids .
-    Une balle de masse m tombe en chute libre d’une hauteur h.
-    Si la balle est en chute libre sans vitesse initiale, on trouve la relation suivante :
-    v2 = 2 g . h

    Système isolé :

-    Un système est isolé si aucun transfert d'énergie n'est possible entre le système et le milieu extérieur.
-    L’énergie d’un système isolé ne peut être ni détruite, ni créée.
-    L'énergie d'un système isolé se conserve, elle est constante.
-    Un système isolé n’effectue aucun échange avec le milieu extérieur.

    Transfert thermique :

-    Lorsqu’un corps chaud et un corps froid, isolés du milieu extérieur, sont en contact l’un avec l’autre, il y a transfert thermique spontané du corps chaud vers le corps froid.
-    Ce transfert s’accompagne de variation de température ou de changement d’état.
-    Dans le cas d’un système isolé, le gain d’énergie de la partie froide du système est égal à la perte d’énergie de la partie froide du système.
-    Un transfert thermique s’effectue spontanément du corps chaud vers le corps plus froid.

    Calcul de l’énergie cinétique d’une luge:

-     

    Calcul de l’énergie potentielle de pesanteur :

-     

    Énergie cinétique multipliée par quatre :

-    Pour que l’énergie cinétique d’un solide soit multipliée par 4, il faut que la vitesse soit multipliée par 2.
-    Dans l’expression de l’énergie cinétique, la vitesse intervient au carré.
-    Expression :

    Objets ponctuels A et B :

-    On donne : vA = 2 vB et mB = 4 mA
-    Énergie cinétique de l’objet ponctuel A :
-     
-    Énergie cinétique de l’objet ponctuel B :
-     
-    On en déduit :
-     
-    Énergie potentielle de pesanteur
-    Les deux objets sont à la même altitude : zA = zB
-     
-    En conséquence :
-    EM (B) > EM (A)

    Bille en chute libre :

-    Instant initial :

-    Au niveau du sol :

-    À l’instant initial, l’énergie cinétique de la bille est nulle car sa vitesse est nulle.
-    Sa vitesse est égale à 6,0 m / s lorsqu’elle touche le sol car la bille est en chute libre.
-    Son énergie mécanique se conserve.
-    On peut utiliser la loi de la chute libre :
-    v2 = 2 g . h

 Questionnaire a été réalisé avec Questy Pour s'auto-évaluer