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Chapitre 15 : Un transfert dénergie : le travail dune force.

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1 Chapitre 15 : Un transfert dénergie : le travail dune force.

2 1) Énergies 1.1. Énergie cinétique Ec Doc. 1 : Une voiture de m = 1000 kg se déplaçant à 36 km.h –1 à une énergie cinétique de Ec(1) = A 72 km.h –1, elle possède une énergie cinétique de Ec(2) = 0,5 x 1000 x (36 x 1000/3600)² = J soit 50 kJ 0,5 x 1000 x (72 x 1000/3600)² = J soit 200 kJ = 4 x Ec(1) Lénergie cinétique Ec dun solide de masse …

3 1.2. Énergies potentielles Doc 2 : « Lénergie potentielle dun système physique est lénergie liée à une interaction, qui a (doù son nom) le potentiel de se transformer en énergie cinétique. Elle peut être de nature diverse, suivant le système étudié et la force qui en est déduite : » Wikipédia (2013). Doù le tableau : Energie potentielle :Force (interaction) Expression de lénergie potentielle GravitationnelleGravitation F = G.m.m/r²- G.m.m/r ElastiqueRappel dun ressort F = –k.x½.k.x 2 De pesanteur Electrostatique P = m.g Fe= q.E Epp = m.g.z

4 1.3. Énergie mécanique E m Lénergie mécanique Em dun système est …

5 2) Un transfert dénergie : le travail dune force 2.1. Activité sur un savon glissant Activité : Un savon de masse m = 0,220 kg glisse (sans frottements) sur un plan en faïence, incliné dun angle = 15° par rapport à lhorizontale. Il est lâché sans vitesse initiale = 0,10 s z en cm x en cm = 15 °

6 Étude énergétique : Une analyse donne : t xzvxvx vzvz vEcEppEm smmm.s -1 JJJ 0,000 0,4000,000 0,863 0,1000,0120,3970,245-0,0660,2540,0070,8560,863 0,2000,0490,3870,491-0,1310,5080,0280,8350,863 0,3000,1100,3700,736-0,1970,7620,0640,7990,863 0,4000,1960,3470,981-0,2631,0160,1130,7500,863 0,5000,3070,3181,226-0,3291,2700,1770,6860,863 0,6000,4410,2821,472-0,3941,5230,2550,6080,863 0,7000,6010,2391,717-0,4601,7770,3470,5160,863 0,8000,7850,1901,962-0,5262,0310,4540,4090,863 0,9000,9930,1342,207-0,5912,2850,5740,2890,863 1,0001,2260,0712,453-0,6572,5390,7090,1540,863 1,1001,4840,0022,698-0,7232,7930,8580,0050,863

7 z en cm x en cm = 15 ° 0 E pp EcEc On constate que :

8 Calculer E pp et E c entre les points G 1 et G 11. Que constatez-vous ? Epp(G 1 G 11 ) = 0,154 – 0,863 = - 0,709 J Ec(G 1 G 11 ) = 0,709 – 0,000 = + 0,709 J Epp = - Ec Remarque : Doù :

9 t (s) Ec (J) Epp (J)Em (J) Doc. 3 : Ec, Epp et Em au cours du temps pour le « savon ».

10 Étude dynamique : Le système étudié est {} dans le référentiel considéré comme. Dessinez sur lactivité précédente, sans soucis déchelle, les forces sexerçant sur ce savon. savon terrestre galiléen z en cm x en cm = 15 ° P R Quelles sont les forces « ayant une influence sur le mouvement » ?

11 z en cm x en cm = 15 ° P R Il est commode de définir les axes x et z tel que x est la direction et le sens du mouvement. Dessiner ces axes sur la figure précédente. Quelle projection (composante) du poids selon les axes x et z a une influence sur le mouvement ? x z

12 z en cm x en cm = 15 ° P R x z Calculer, entre les points G 1 et G 11 la valeur du produit de cette composante par la distance parcourue. P.sin.d(G 1 G 11 ) = 0,220 x 9.81 x sin15 x racine((1,226 – 0,000)² - (0,071 – 0,400)²) P.sin.d(G 1 G 11 ) = 0,709 N.m Que constatez-vous ?

13 z en cm x en cm = 15 ° 0 E pp EcEc W( P )

14 2.2. Travail dune force constante M F M F A B a Son point dapplication (M) se déplace de A à B F est une force constante car AB a Doc. 4 : Travail dune force constante Pour une force constante ( … Le travail dune force est donc … Doù …

15 0 < 90° La force le déplacement. = 90°90° < 180° A choisir : favorise ; soppose ; na pas deffet sur La force le déplacement. favorisena pas deffet sur soppose

16 0 < 90° La force le déplacement. = 90°90° < 180° Le travail de F est dit Le travail de F est Le travail de F est dit A choisir : nul ; résistant ; moteur La force le déplacement. favorisena pas deffet sur soppose moteur nul résistant

17 0 < 90° La force le déplacement. W AB (F)> 0 = 90° W AB (F)= 0 90° < 180° W AB (F)< 0 Le travail de F est dit Le travail de F est Le travail de F est dit A choisir : > 0; < 0 ; = 0 La force le déplacement. favorisena pas deffet sur soppose moteur nul résistant

18 Doù

19 Le travail dune force constante est indépendant … M F M F A B a AB

20 Doc. 6 : travail du poids. A B zAzA zBzB z P g AB 2.3. Travail du poids Si z A > z B alors …

21 Doc. 6 : travail du poids. B A zBzB zAzA z P g AB 2.3. Travail du poids Si z B > z A alors …

22 x (m) z (m) Doc. 7 : Transfert dénergie pour le pendule simple. 0 E pp EcEc W( P )

23 x (m) z (m) Doc. 7 : Transfert dénergie pour le pendule simple. 0 E pp EcEc W( P )

24 x (m) z (m) Doc. 7 : Transfert dénergie pour le pendule simple. 0 E pp EcEc W( P )

25 x (m) z (m) Doc. 7 : Transfert dénergie pour le pendule simple. 0 E pp EcEc W( P )

26 2.4. Travail dune force électrique constante A U AB > 0 B FeFe E q > On a alors … 2.4. Travail dune force électrique constante On a alors …

27 f A B 2.5. Travail dune force de frottement pour un mouvement rectiligne On a alors … Ce travail dépend … Cette force de frottement s… AB

28

29 3) Force conservative ou non-conservative Lorsquil ny a que des forces conservatives qui sexercent … Exemple : …et…sont des forces conservatives Exemple : … ne sont pas des forces conservatives (non-conservatives). Doc. 10 : Non-conservation de lénergie mécanique pour la chute dune balle de polystyrène.

30 Remarque : Une force conservative nest pas forcement … Pour une force conservative, on a : … Une énergie potentielle nest définie que pour … On ne définit donc pas dénergie potentielle … On a alors …

31 figure 7. EXTERIEUR. 1/2.m.v(0)² W( P ) W( f ) EcEc E pp = Q m.g.z S Avec frottements 1/2.m.v S ²


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