C.Arnalis 2017 3ème

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THEME : L’ENERGIE ET SES

CONVERSIONS SOUS-THEME :

Identifier les sources, les

transferts, les conversions

et les formes d’énergie

Activité-Cours

Documentaire Energie Mécanique et conversions

Objectifs Sommaire Identifier les différentes formes d’énergie

thermique, électrique, chimique, nucléaire, lumineuse. EC 1

1) Energie cinétique

2) Energie de positio,

3) Energie mécanique

4) Conservation

5) Sécurité routière

Cinétique (relation Ec = ½ mv2), potentielle (dépendant de la position), EC

Unites d’énergie EC

Conservation de l’énergie. EC

Qu’est ce que l’énergie ? L'énergie est ce que possède un objet et qui lui permet de produire un mouvement, de la lumière ou de la

chaleur. Dans le Système international d'unités, l'énergie s'exprime en Joules.

L'énergie totale ne peut ni se créer ni se détruire mais uniquement se convertir (se transformer) d'une

forme à une autre ou être échangée d'un système à un autre. C'est le principe de conservation de

l'énergie.

VIDEO 1

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ACTIVITE 3 : ENERGIE MECANIQUE.

CHUTE D’UNE BILLE Regarde l’animation 1/ Complète les diagrammes pour les positions 1, 2 et 3 de la bille

2/ Comment évolue Ec lors de la chute ? ………………………………………………………………………………………………………… 3/ Cette évolution est-elle cohérente avec la vitesse ? Explique. ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 4/ Pour quelle position Ep est-elle maximale ? ………………………………………………………………………………………………………… 5/ Pour quelle position Ep est-elle minimale ? ………………………………………………………………………………………………………… 6/ De quoi dépend Ep ? Explique. ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 7/ Comment évolue Em lors de cette chute ? ………………………………………………………………………………………………………… 8/ A quoi Em est-elle égale ? …………………………………………………………………………………………………………

Em = ……….. + …………..

1

3

2

Position 1

Position 2

Position 3

1-11-1

VIDEO ICI

9/ Qu’est ce qui a été négligé lors de cette chute ? ………………………………………………………………………………………………………… 10/ Que peut-on conclure sur l’énergie mécanique : a/ elle augmente b/ elle se conserve c/ elle diminue

MANEGE Regarde l’animation

1/ Repère par la lettre A le(s) point(s) où l’énergie de position (ou potentielle) est la plus élevée. 2/ Repère par la lettre B le(s) point(s) où l’énergie de position (ou potentielle) est la plus faible. 3/ Repère par la lettre C le(s) point(s) où l’énergie cinétique est la plus élevée. 4/ Repère par la lettre D le(s) point(s) où l’énergie cinétique est la plus faible. 5/ Que constates-tu pour les lettres A et D ? Est-ce normal ? ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 6/ Que constates-tu pour les lettres B et C ? Est-ce normal ? ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 7/ Pourquoi le point le plus haut se trouve-t-il au début du manège ? ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 8/ Que peut-on dire l’énergie mécanique : a/ elle augmente b/ elle se conserve c/ elle diminue 9/ Qu’a-t-on négligé tout au long du parcours ? ……………………………………………………………………………………………………….. 10/ Que se passe-t-il pour l’énergie mécanique lorsqu’il apparait frein sur l’animation ? Comment l’expliquer ? ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

VIDEO ICI

TP 1 Notion d’énergie Physique-Chimie 3ème

L’énergie et sesconversions

Identifier les différentes formes d’énergie

Objectif : Savoir qu’un objet possède : une énergie de mouvement appelée énergie cinétique ; uneénergie de position au voisinage de la Terre

I. QU’EST-CE QUE L’ÉNERGIE CINÉTIQUE ?

Lis le document suivant :

Question : De quoi peut dépendre la déformation observée dans le bac à sable quand le véhicule eststoppé ?.................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

A l’aide du matériel disponible (bassine de sable, balles de même taille mais de différentes masses),propose une expérience pour valider tes hypothèses.

Expérience : ....................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

Observations :.................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

L’énergie cinétique Ec est l’énergie acquise par un objet du fait de son …………………….…..

Comment a-t-elle été visualisée ? ............................................................................................................................................................................................................................................................................................... De quels paramètres dépend-elle ? ..................................................................................................................

…..… = ……….…..….

Avec : ............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

Activité 12-2B

II. QU’EST-CE QUE L’ÉNERGIE DE POSITION ?

En France, l’électricité est produite de plusieurs manières : nucléaire (73,3 %), fossile (8,1 %), énergiesrenouvelables (18,6 %). Parmi les énergies renouvelables, l’énergie hydraulique, qui est utilisée depuis leXIXe siècle, tient une place de choix avec 13,8 % de production annuelle à elle seule.

Dans une centrale hydraulique, on utilise l’eau d’un barragepour produire de l’énergie électrique : l’eau est retenue à unecertaine hauteur au dessus de la centrale électrique. L’ouverturedu barrage entraîne l’écoulement de l’eau dans un canal jusqu’àla turbine reliée à un alternateur qui produit alors del’électricité.

Question : Pourquoi l’eau d’un barrage acquiert-elle de la vitesse au cours de sa chute ?........................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

Quelle action exercée par la Terre sur l’eau est responsable du mouvement de la chute d’eau ? ............................................................................................................................................................................ Comment varie l’altitude d’une goutte d’eau lors de l’ouverture du barrage ?...................................................................................................................................... Comment varie la vitesse d’une goutte d’eau lors de sa chute ?......................................................................................................................................

a) Quel type d’énergie faut-il pour faire tourner les turbines ? ......................................................................................................................................

b) D’où provient cette énergie de mouvement ? ......................................................................................................................................................................................................................................................................L’existence d’une énergie de position a été mise en évidence : pourquoi appelle-t-on cette énergie,l’énergie de position ? ....................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

L’énergie de position Ep est une ………….…. d’énergie que possède un objet du fait de son ……............…….… : plus un objet est placé ………….…., plus il possède de l’énergie de position. Comment se manifeste-t-elle ? ................................................................................................................................................................................................................................................................................................... De quels paramètres dépend-elle ? ..................................................................................................................

III. QU’EST-CE QUE L’ÉNERGIE MÉCANIQUE ?

Au cours de leur chute, les gouttes d’eau :Perdent de l’énergie ………………..…. car leur altitude ………………..….Gagnent de l’énergie …………...…..…. car leur vitesse ………………..….

L’énergie ………..………..…. est donc convertie en énergie …….…..………..….On appelle énergie mécanique la somme de l’énergie cinétique et del’énergie de position : Em = ……… + ………

Cette énergie mécanique ……………………..……… au cours de la chute d’eau.

Les sites utilisés sont souvent en montagne et seremarquent par l’aspect majestueux des barrages

FILM DOCUMENTAIRE : « PLANÈTE TERRE ; LES ORIGINES

http://slebrun-sciencesphysiques.fr/wp-content/uploads/2015/09/Barringer-1.mp4?_=1

Le Cratère Barringer est un cratère d’impact dans l'état de l'Arizona.

Ce fut l’entrepreneur Daniel Moreau Barringer, qui acheta le site en 1903. Le cratère en bol mesure environ 1 200 mètres de diamètre ; sa profondeur est de 190 mètres.

Il se serait formé il y a environ 50 000 ans2, à la suite de l'impact d'une météorite d'environ 50 mètres de diamètre composée de

fer et de nickel.

Le cratère s'est formé il y a environ 50 000 ans. L'objet qui est à l'origine de la formation du cratère était une météorite ferreuse riche en fer et en nickel d'un diamètre d'environ 50 mètres. Sa vitesse, au moment de sa collision avec la Terre, pouvait être de 20 km/s. On estime que la météorite a perdu la moitié de sa masse initiale, qui était de l'ordre de 300 000 tonnes, au cours de sa traversée de l'atmosphère terrestre. Une partie de la roche constituant la météorite s'est en effet vaporisée au cours de cette traversée.

La météorite est entrée en collision avec le sol suivant un angle de 80 degrés. La collision a dégagé une énergie considérable équivalente à celle d'une explosion thermonucléaire environ 150 fois plus puissante que celle de la bombe d’Hiroshima. L'explosion éjecta du sol 175 millions de tonnes de roche.

La chaleur et le souffle engendrés par la collision ont probablement détruit toute forme de vie dans un large rayon : instantanément, toute forme de vie dans un rayon de 4 kilomètres a été anéantie. Dans un rayon de 10 km, la chaleur dégagée par la boule de feu a provoqué de sévères

brûlures sur tous les organismes vivants. Dans un rayon de 14 à 22 km, une onde de choc se déplaçant à la vitesse de 2 000 km/h a tout balayé sur son passage. Cependant l'impact ne projeta pas une quantité de poussière suffisante dans l'atmosphère pour pouvoir modifier notablement le climat de la Terre. La zone de la collision fut entièrement recolonisée par la faune et la flore en l'espace d'un siècle.

LE CRATÈRE DE BARRINGER FICHE ACTIVITE 1-3

Quel est le diamètre du cratère de Barringer ?…………………………………..………………………………………

Qu’est-ce qui a provoqué ce cratère ?…………………………………………………………………………………………….

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Pourquoi Daniel Barringer s’est-il empressé d’acheter, en 1903, ce cratère ?…………………………….

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……………………………………………….……………………………………………………………………………………………………………….

Quelle erreur d’appréciation a-t-il commise ?……..………………………………………………………………………….

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Pourquoi un objet de taille restreinte peut-il créer des dégâts aussi considérables ? Quel autre paramètre que sa taille doit être pris en compte pour expliquer les dimensions énormes du cratère ?

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Quelle était la vitesse de l’astéroïde lors de l’impact ? Donner sa valeur en km/h.

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Au cours du choc, l’astéroïde s’immobilise en quelques secondes seulement. Que se passe- t-il alors ?

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D’où provient cette « énergie » qui provoque des destructions et dégage autant de chaleur lors de l’impact ? Quel nom lui donne-t-on ?

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SAVOIR SON COURS

Enoncés Réponse A Réponse B Réponse C

� L’énergie de position d’un objet… augmente quand son

altitude augmente diminue quand son altitude augmente

ne dépend pas de son altitude

� Lorsqu’un objet tombe… il perd de l’énergie

de position il perd de l’énergie

de cinétique il gagne de l’énergie

de position

� L’énergie cinétique d’un objet en mouvement…

ne dépend pas de sa vitesse

est proportionnelle au carré de sa vitesse

est proportionnelle à sa vitesse

� L’énergie cinétique Ec d’un objet est donnée par la relation…

½ m.v m.v2 ½ m.v2

� Les distances de freinage DF, d’arrêt DA et de réaction DR sont liées par…

DF = DA + DR DR = DA + DF DA = DF + DR

� Un objet ayant une vitesse de 15 m/s et une masse de 100 kg possède une énergie cinétique de…

11,25 kJ 11,25 J 750 J

� Si l’énergie cinétique d’une voiture est de 120. 103 J à 50 km/h, à 100 km/h elle vaut…

60 . 103 J 480 . 103 J 240 . 103 J

� Choisir la bonne réponse :

� Mots croisés :

� Texte à trous :

L’énergie de mouvement est appelée énergie ……………………….………….. Lorsqu’un objet tombe, il perd de l’énergie ……………………….………….. Si sa vitesse augmente lors de la chute, alors l’objet gagne de l’énergie ……………………….………….. La somme de l’énergie ……………………….………….. et de l’énergie ……………………….………….. constitue l’énergie ……………………….………….. de l’objet. L’unité de l’énergie est le ……, celle de la masse est le ……., celle de la vitesse est le ……… L’énergie cinétique d’un objet est proportionnelle à sa ………………………. mais n’est pas proportionnelle à sa ………………………. : si la vitesse est multipliée par 2, l’énergie cinétique est multipliée par …. Lors du freinage d’un véhicule, l’énergie …………………….… se dissipe en énergie …………………….……. au niveau des freins. Lors d’un accident automobile, l’énergie cinétique engendre des ……………………….…………. du véhicule et peut occasionner des blessures aux passagers voire leur mort. La ……………………….…………………………….. est multipliée par 4 quand la vitesse du véhicule est doublée et par …. lorsqu’elle est triplée.

CH.9 ÉNERGIES – exercices

FFICHE EXOS N°1-3FICHE EXOS N°1-1

UTILISER SES CONNAISSANCES

Parmi les 3 graphiques ci-dessous, lequel correspond à l’évolution de l’énergie au cours du temps sur la balançoire ?

Convertir en m/s :

� 50 km/h � 90 km/h � 130 km/h

Convertir en km/h :

� 1 m/s � 20 m/s � 50 m/s

� Quel frimeur !

� Comparer une voiture et un

camion : Une voiture et un camion possèdent la même énergie cinétique égale à 250 000 J.

a) Rappelle la relation qui existe entre l’énergie cinétique Ec, la masse m et la vitesse v (donne les unités de chaque grandeur).

b) Le camion roule à 40 km/h. Calcule sa masse.

c) La masse de la voiture est de 800 kg, calcule sa vitesse et exprime-la en km/h.

� Le bon choix :

Lors d’un accident, pourquoi un camion ayant la même vitesse qu’une voiture va-t-il occasionner plus de dégâts ?

� Julie sur sa balançoire : Parmi les 3 graphiques ci-dessous, lequel correspond à l’évolution de l’énergie au cours de la chute d’un objet ?

� Le poids-lourd : � Conversions :

� Chercher l’erreur :

Quelle est la masse de Luc ?

LE COIN DES EXPERTS…

*

a) A quoi est égale son énergie cinétique Ec :

• quand il a atteint son altitude maximale ;

• quand il est au bas de la rampe ?

b) Qu’appelle-t-on l’énergie mécanique ? c) Représenter sur un même graphique

l’évolution des énergies Ep, Ec et Em quand le skateur va d’un côté à l’autre de la rampe.

d) Déterminer la vitesse maximale atteinte par le

skateur en m/s puis en km/h.

a) Comment l’énergie cinétique du skieur varie-t-elle entre A et C.

b) Comment l’énergie de position du skieur varie-t-elle entre A et C.

c) Identifier les 3 courbes de la figure 2. d) Si l’énergie mécanique n’est pas constante,

c’est qu’une partie de cette énergie se dissipe peu à peu à cause des frottements. Est-ce le cas ici ?

e) Donner l’expression de l’énergie cinétique du skieur en précisant les unités des grandeurs qui interviennent.

f) En déduire l’expression de la vitesse en fonction de l’énergie cinétique.

g) En quels points A, B, C, D ou E l’énergie cinétique est-elle maximale ?

h) Déterminer alors la vitesse en ce point en m/s.

i) En déduire sa valeur en km/h.

� Les boules ! Deux boules A et B de même masse sont

tombées en chute libre sur un bloc d’argile.

a) Quelle boule avait la plus grande vitesse

au moment de l’impact ? Justifier.

b) Des deux boules, laquelle a été lâchées le

plus haut ? Justifier.

� Allez, hop !

a) L’acrobate A est prêt à sauter. Quelle forme

d’énergie possède-t-il ?

b) Sous quelle forme sera son énergie lorsqu’il

touchera le sol avec la planche ?

c) Quelle forme d’énergie possède l’acrobate B

lorsqu’il décolle de la planche ?

d) Quelle sera la forme de son énergie lorsqu’il

sera au sommet de sa trajectoire ?

� Sur les pentes enneigées :

�

� Skate :

On s’intéresse à la descente d’un skieur de 60 kg sur une piste ABCDE (fig.1).

Un traitement vidéo de la descente permet de tracer les courbes d’évolution des énergies Ep, Ec, Em du surfeur en fonction du temps. On obtient les courbes I, II et III de la figure 2.

Grâce une rampe, un skateur

de 60 kg s’élève dans les airs.

Quand il atteint son altitude

maximale, il a une énergie de

position de 2500 J.