Quiz : énergie cinétique, potentielle et mécanique
Ce quiz porte sur l’énergie cinétique, l’énergie potentielle de pesanteur et l’énergie mécanique, au programme de Première spécialité (les bases d’Ec sont vues dès la 3e). Refais chaque calcul avec les unités du Système international avant de consulter la correction.
Le quiz : 10 questions corrigées
Réponds sans regarder ton cours : l’explication s’affiche après chaque réponse.
Question 1 sur 10
Quelle est l’expression de l’énergie cinétique d’un objet de masse m et de vitesse v ?
Réponse : Ec = ½ m v². Ec = ½ m v², en joules si m est en kg et v en m·s⁻¹. Oublier le ½ ou le carré est l’erreur la plus fréquente.Question 2 sur 10
Quelle est l’énergie cinétique d’une voiture de 1 000 kg roulant à 20 m·s⁻¹ ?
Réponse : 2,0 × 10⁵ J. Ec = ½ × 1 000 × 20² = ½ × 1 000 × 400 = 2,0 × 10⁵ J. Oublier le ½ donne 4,0 × 10⁵ J, oublier le carré donne 1,0 × 10⁴ J.Question 3 sur 10
Si la vitesse d’un objet est multipliée par 3, son énergie cinétique est multipliée par :
Réponse : 9. Ec est proportionnelle à v² : (3v)² = 9v². L’énergie cinétique est donc multipliée par 9.Question 4 sur 10
De combien augmente l’énergie potentielle de pesanteur d’un objet de 2,0 kg soulevé de 3,0 m (g = 9,8 N·kg⁻¹) ?
Réponse : 59 J. ΔEpp = m g Δz = 2,0 × 9,8 × 3,0 = 58,8 ≈ 59 J. Le calcul m × h (6,0) oublie g, et m × g (≈ 20) oublie la hauteur.Question 5 sur 10
Lors d’une chute libre sans frottement, que devient l’énergie mécanique de l’objet ?
Réponse : Elle reste constante. Sans frottements, Em = Ec + Epp se conserve : l’énergie potentielle perdue est intégralement convertie en énergie cinétique.Question 6 sur 10
Un objet tombe sans vitesse initiale d’une hauteur de 5,0 m, sans frottements. Quelle est sa vitesse en arrivant au sol (g = 9,8 N·kg⁻¹) ?
Réponse : 9,9 m·s⁻¹. Conservation de Em : ½ m v² = m g h, donc v = √(2 × 9,8 × 5,0) = √98 ≈ 9,9 m·s⁻¹. Oublier le facteur 2 donne √49 = 7,0 et oublier la racine donne 98.Question 7 sur 10
Quelle est l’unité de l’énergie dans le Système international ?
Réponse : Le joule. L’énergie s’exprime en joules (J). Le watt est l’unité de puissance, le newton celle de force et le pascal celle de pression.Question 8 sur 10
En présence de frottements, l’énergie mécanique d’un objet :
Réponse : diminue. Les frottements ont un travail négatif : ΔEm = W(frottements) < 0. L’énergie perdue est transférée à l’environnement, principalement sous forme thermique.Question 9 sur 10
Quel est le travail du poids d’un objet de 1,0 kg qui descend de 10 m (g = 9,8 N·kg⁻¹) ?
Réponse : +98 J. W(P) = m g (zA − zB) = 1,0 × 9,8 × 10 = +98 J. Le travail est positif (moteur) car le poids est dans le sens du déplacement lors d’une descente.Question 10 sur 10
D’après le théorème de l’énergie cinétique, la variation d’Ec entre A et B est égale :
Réponse : à la somme des travaux des forces appliquées. ΔEc = somme des W(F) de A à B, pour toutes les forces. Elle ne se réduit au travail du poids que si le poids est la seule force qui travaille.
L’essentiel à retenir : L’énergie cinétique et potentielle
L’énergie cinétique
Tout objet en mouvement possède une énergie cinétique Ec = ½ m v², avec Ec en joules (J), m en kilogrammes et v en m·s⁻¹. Elle est proportionnelle au carré de la vitesse : si la vitesse double, Ec est multipliée par 4 ; si elle triple, par 9. Exemple : une voiture de 1 000 kg à 72 km/h, soit 20 m·s⁻¹, a une énergie cinétique Ec = ½ × 1 000 × 20² = 2,0 × 10⁵ J.
Théorème de l’énergie cinétique : entre deux points A et B, ΔEc = Ec(B) − Ec(A) est égale à la somme des travaux des forces appliquées. Le travail d’une force constante vaut W = F × AB × cos α, où α est l’angle entre la force et le déplacement : il est moteur (positif) ou résistant (négatif).
L’énergie potentielle de pesanteur
Un objet de masse m situé à l’altitude z possède une énergie potentielle de pesanteur Epp = m g z, avec g ≈ 9,8 N·kg⁻¹ et z mesurée sur un axe vertical orienté vers le haut. Sa valeur dépend de l’origine choisie, mais pas sa variation : ΔEpp = m g (zB − zA). Soulever 2,0 kg de 3,0 m augmente Epp de 2,0 × 9,8 × 3,0 ≈ 59 J.
Le travail du poids ne dépend que de la différence d’altitude : W(P) = m g (zA − zB) = −ΔEpp. Il est positif quand l’objet descend et négatif quand il monte.
L’énergie mécanique
L’énergie mécanique est la somme Em = Ec + Epp. En l’absence de frottements, elle se conserve : l’énergie potentielle se transforme en énergie cinétique pendant une chute, et inversement pendant une montée. Pour une chute d’une hauteur h sans vitesse initiale, ½ m v² = m g h, d’où v = √(2 g h), indépendante de la masse. Pour h = 5,0 m : v = √(2 × 9,8 × 5,0) ≈ 9,9 m·s⁻¹.
Avec des frottements, l’énergie mécanique diminue : la partie perdue est transférée à l’environnement, principalement sous forme thermique. Sa variation est égale au travail des forces non conservatives, par exemple ΔEm = W(frottements), qui est négatif.
8 flashcards pour mémoriser
Essaie de répondre avant de retourner la carte.
Énergie cinétique+
Ec = ½ m v² (J, kg, m·s⁻¹).
Énergie potentielle de pesanteur+
Epp = m g z, z sur un axe vertical orienté vers le haut.
Énergie mécanique+
Em = Ec + Epp ; conservée en l’absence de frottements.
Théorème de l’énergie cinétique+
ΔEc (de A à B) = somme des travaux des forces appliquées.
Travail d’une force constante+
W = F × AB × cos α (α : angle entre la force et le déplacement).
Travail du poids+
W(P) = m g (zA − zB) = −ΔEpp ; positif à la descente.
Vitesse après une chute libre de hauteur h+
v = √(2 g h), sans vitesse initiale et sans frottements.
Effet des frottements+
Em diminue ; l’énergie perdue est transférée sous forme thermique.
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