QCM N° 13 Principe de conservation de l'énergie

QCM N° 13

Principe de conservation

de l'énergie

	Énoncé	A	B	C	R
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 E_C 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 m = 25,0 kg dont la vitesse est v = 36,0 km / h est de :	1,62 × 10⁴J	1,25 × 10⁴J	1,25 × 10³J	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 h = 10 m, a pour valeur :	1,0 kJ	1,0 × 10⁴J	–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 v_A = 2 v_B et les masses par m_B = 4 m_A . Leurs énergie cinétique, potentielle et mécanique sont telles que :	E_C (A) = E_C (B)	E_P (A) = E_P (B)	E_M (A) = E_M (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 h = 1,8 m par rapport au sol :	Son énergie cinétique initiale est égale à 9,0 x 10 ^– 2J	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 ^– 2J	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 E_C 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 E_C d’un solide en mouvement de translation est égale au demi-produit de la masse m du solide par le carré de la vitesse v_G² 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 :

vitesse

► 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 :

E p

- 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 : E_p (0) = 0

- E_p = m . g . z = m . g . h

schéma

- 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 : E_m = E_C+ E_P.

► 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 : v_A = 2 v_B et m_B = 4 m_A

- 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 : z_A = z_B

-

- En conséquence :

- E_M (B) > E_M (A)

► Bille en chute libre :

- Instant initial :

chute libre : hauteur h = 1,80 m

- 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

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

- 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.

- 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.

- Relation :

- 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.

- L’énergie mécanique d’un solide est la somme de son énergie cinétique et de son énergie potentielle.

- Relation : Em = EC + EP.

- 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.

- 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

- 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.

- 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.

-

-

- 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 :

- 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)

- 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

- L’énergie cinétique E_C est l’énergie que possède un solide du fait de son mouvement.

- L’énergie cinétique E_C d’un solide en mouvement de translation est égale au demi-produit de la masse m du solide par le carré de la vitesse v_G² du centre d’inertie du solide.

- Si l’on choisit comme origine des énergies potentielle le sol : E_p (0) = 0

- E_p = m . g . z = m . g . h

- Relation : E_m = E_C+ E_P.

- v² = 2 g . h

- On donne : v_A = 2 v_B et m_B = 4 m_A

- Les deux objets sont à la même altitude : z_A = z_B

- E_M (B) > E_M (A)

- v² = 2 g . h