Fiche de révision · Physique-chimie 3eÉnergie cinétique et énergie mécanique
2e trimestre · chapitre 9 sur 13
L'énergie d'un objet en mouvement dépend de sa masse et surtout de sa vitesse, et elle se convertit avec l'énergie de position.
L'essentiel à retenir
- Ec = ½ × m × v²
- Vitesse doublée : Ec multipliée par 4
- Em = Ec + Ep
- Sans frottements, Em se conserve
- Distance d'arrêt = réaction + freinage
La leçon
1. L'énergie cinétique
L'énergie cinétique Ec est l'énergie que possède un objet du fait de son mouvement. Un objet immobile a une énergie cinétique nulle. Pour obtenir des joules, la masse doit être en kg et la vitesse en m/s.
Ec = ½ × m × v²
Exemple
Voiture de 1 000 kg à 20 m/s (72 km/h) : Ec = 0,5 × 1 000 × 20² = 0,5 × 1 000 × 400 = 200 000 J = 200 kJ.
2. Le rôle de la masse et de la vitesse
Ec est proportionnelle à la masse : si la masse double, Ec double. Ec est proportionnelle au carré de la vitesse : si la vitesse double, Ec est multipliée par 2² = 4. La vitesse compte donc beaucoup plus que la masse.
Exemple
La même voiture à 40 m/s : Ec = 0,5 × 1 000 × 40² = 800 000 J, soit 4 fois plus qu'à 20 m/s.
3. L'énergie de position
L'énergie de position, ou énergie potentielle de pesanteur Ep, est liée à l'altitude d'un objet. Elle augmente quand l'objet monte et diminue quand il descend.
Exemple
Un skieur remonté en haut de la piste par le télésiège a gagné de l'énergie de position.
4. Les conversions lors d'une chute
Lors d'une chute, l'altitude diminue : l'énergie de position diminue et se convertit en énergie cinétique. La vitesse de l'objet augmente donc. Lors d'une montée, c'est l'inverse : l'énergie cinétique se convertit en énergie de position.
5. L'énergie mécanique
L'énergie mécanique est la somme de l'énergie cinétique et de l'énergie de position. En l'absence de frottements, elle se conserve. Avec frottements, une partie est convertie en énergie thermique : l'énergie mécanique diminue. L'énergie ne se crée pas et ne disparaît pas : elle se convertit d'une forme à une autre.
Em = Ec + Ep
Exemple
Sans frottements, une bille lâchée avec Ep = 5 J et Ec = 0 J arrive au sol (Ep = 0 J) avec Ec = 5 J : Em vaut 5 J du début à la fin.
6. Sécurité routière
Pendant le temps de réaction, environ 1 s, le véhicule parcourt la distance de réaction ; ce temps augmente avec la fatigue, l'alcool, les drogues ou le téléphone. La distance de freinage augmente avec la vitesse, à peu près comme v², et dépend de l'état de la route et des pneus. En freinant, l'énergie cinétique est convertie en énergie thermique : les freins chauffent.
d arrêt = d réaction + d freinage
Exemple
À 90 km/h, soit 90 / 3,6 = 25 m/s, la voiture parcourt 25 m pendant 1 s de réaction, avant même de commencer à freiner.
La méthode
Comment calculer une énergie cinétique
- Convertis la masse en kg et la vitesse en m/s (÷ 3,6 si elle est en km/h).
- Calcule d'abord v², le carré de la vitesse.
- Multiplie par la masse, puis par ½ (soit 0,5).
- Écris le résultat en joules, ou en kJ (1 kJ = 1 000 J).
Pièges à éviter
- Convertis les km/h en m/s avant le calcul : avec 72 au lieu de 20 m/s, Ec serait presque 13 fois trop grande.
- Si la vitesse double, Ec ne double pas : elle est multipliée par 4, car la vitesse est au carré.
- Avec frottements, l'énergie ne disparaît pas : elle est convertie en énergie thermique.
Vocabulaire
- Énergie cinétique
- Énergie d'un objet due à son mouvement.
- Énergie de position
- Énergie d'un objet liée à son altitude.
- Énergie mécanique
- Somme de l'énergie cinétique et de l'énergie de position.
- Joule (J)
- Unité de l'énergie.
- Distance de réaction
- Distance parcourue pendant le temps de réaction du conducteur.
- Distance de freinage
- Distance parcourue entre le début du freinage et l'arrêt.
Teste-toi
3 questions pour vérifier, corrigées tout de suite.
Flashcards
Essaie de répondre avant d'ouvrir la carte.
Qu'est-ce que l'énergie cinétique ?
L'énergie que possède un objet du fait de son mouvement.
Quelle formule permet de calculer l'énergie cinétique ?
Ec = ½ × m × v², avec Ec en joules, m en kg et v en m/s.
Que devient l'énergie cinétique si la vitesse double ?
Elle est multipliée par 4, car elle dépend du carré de la vitesse.
La suite dans Réviz
4 autres questions, 5 autres flashcards, la carte mentale du chapitre, et ce qui coince qui revient au bon moment jusqu'au contrôle.
Ce que le programme attend
- Définir l'énergie cinétique et utiliser Ec = ½ × m × v²
- Connaître l'influence de la masse et de la vitesse sur l'énergie cinétique
- Définir l'énergie de position (potentielle de pesanteur)
- Comprendre les conversions entre énergie de position et énergie cinétique lors d'une chute
- Définir l'énergie mécanique et sa conservation en l'absence de frottements
- Appliquer ces notions à la sécurité routière (distance de freinage, distance d'arrêt)
Référence : Programme du cycle 4 de physique-chimie (BO spécial n°11 du 26/11/2015, ajusté BO n°31 du 30/07/2020). Une erreur dans cette fiche ? Signale-la, elle sera corrigée.