Mécanique
Je confirme mes acquis
Exercices
© The scientific sentence. 2010
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Mécanique
Les transformations de l’énergie
Je confirme mes acquis
Les transformations de l’énergie
1. La relation entre le travail,
la force et le
déplacement
1. Quelles sont les trois conditions qui doivent être
respectées pour qu’un travail soit effectué sur
un corps ?
1) Le corps doit se déplacer.
2) Une force doit être appliquée sur le corps.
3) Le déplacement du corps doit être dans la même
direction que la force appliquée sur le corps ou
qu’une composante de celle-ci.
2. Une personne pousse une chaise avec une
force de 25 N appliquée horizontalement sur
une distance de 3 m. Quel travail est effectué
sur la chaise ?
75 J
3. Quelle distance horizontale sera parcourue par
un chariot si un travail de 1 200 J est effectué en
appliquant une force moyenne de 2500 N?
0,48 m
4. Une personne applique une force de 200 N avec
un angle de 15° par rapport à l’horizontale pour
pousser une tondeuse sur une distance de
200 m. Quel travail cette force effectue-t-elle ?
3.86 x 104 J
2. La relation entre le travail et l’énergie
Une voiture A entre en collision avec une
voiture B qui est immobile. Au moment de l’impact,
la voiture A s’immobilise et la voiture B est
mise en mouvement sur une certaine distance.
1. Quelle voiture effectue un travail sur
l’autre ?
La voiture A.
2. Qu’est-ce qui permet à la voiture B de se
mettre en mouvement?
L’énergie transférée
de la voiture A à la voiture B, qui correspond
au travail effectué par la voiture A sur la
voiture B
3. La relation entre la masse et le poids
1. Qu’est-ce que la masse ?
La masse d’un
corps correspond à la quantité de matière qu’il
contient.
2. Qu’est-ce que le poids ?
Le poids est la
force gravitationnelle qui s’exerce sur un
corps, selon la planète sur laquelle le corps
se trouve.
3. Une personne monte sur un pèse-personne et
celui-ci affiche 80 kg.
a. S’agit-il de la masse ou du poids de cette
personne ?
Il s’agit d’une estimation de la
masse basée sur la mesure du poids et de la
valeur du champ gravitationnel terrestre.
b. Si ce pèse-personne était utilisé par la
même personne sur la planète Mars,
afficherait-il le même nombre ? Expliquez
votre réponse.
Non, parce que le poids sur
Mars est différent et que le pèse-personne
n’utiliserait pas la bonne valeur de champ
gravitationnel.
4. Calculez le poids du télescope Hubble sur
Terre, en sachant que sa masse est de
12 000 kg.
1.2 x 105 N
5. Quel serait le poids du télescope Hubble à la
surface de la Lune (g (Lune) = 1.6 N/kg)?
1,9 x 104 N
4. La relation entre l’énergie cinétique,
la
masse et la vitesse
Quelle est l’énergie cinétique d’une balle de golf
de 45 g qui se déplace :
a. à 70 m/s ?
110 J
b. à 45 m/s ?
46 J
5. La relation entre l’énergie potentielle,
la
masse, l’accélération et le déplacement
1. Une personne soulève à partir du sol une boîte
de 8 kg et la dépose sur le dessus d’une table de
1,5 m de hauteur. Quelle est l’énergie potentielle
emmagasinée dans la boîte une fois qu’elle est
déposée sur la table?
118 J
1. Un plongeur de 65 kg est sur un tremplin. Le
tremplin est situé à 10 m de la surface de l’eau
contenue dans un bassin de 5 m de profondeur.
Quelle énergie potentielle est emmagasinée
dans le plongeur :
a. par rapport à la surface de l’eau ?
6,4 x 103 J
b. par rapport au fond du bassin ?
9,6 x 103 J
6. La loi de la conservation de l’énergie
1. Qu’est-ce que la loi de la conservation de
l’énergie ?
La loi de la conservation de l’énergie
stipule que l’énergie ne peut être ni créée ni détruite,
mais seulement transformée d’une forme à une
autre.
2. Une pierre tombe du haut d’une falaise de
54 m de hauteur. En ne tenant pas compte du
frottement, déterminez si les énergies cinétique
et potentielle sont maximales, nulles ou
équivalentes :
a. lorsque la pierre est en haut de la falaise ?
Au début de la chute, la vitesse de la pierre est
nulle. Donc son énergie cinétique est nulle et
son énergie potentielle est maximale.
b. lorsque la pierre est à une hauteur de 27 m
durant sa chute ?
Il n’y a pas de frottement,
donc l’énergie mécanique de la pierre est
conservée. En considérant l’énergie potentielle
comme nulle en bas de la falaise, à
27 m de hauteur, l’énergie potentielle est égale
à la moitié de sa valeur à 54 m de hauteur.
EM = EP (54 m) + EC (54 m) = EP (54 m) = EP (27 m)
+ EC (27 m) = 2 x EP (27 m)
Donc, EP (27 m) = EC (27 m). À 27 m, les énergies
potentielle et cinétique sont équivalentes.
7. Le rendement énergétique
1. Qu’est-ce que le rendement énergétique ?
Le rendement énergétique d’une machine ou d’un système
est le pourcentage de l’énergie consommée
par cette machine ou ce système qui a été transformé
en énergie utile.
2.
a. Quel est le rendement énergétique d’une
grue qui consomme 15 250 J pour effectuer
un travail de 3 500 J ?
23 %
b. Quel est le rendement énergétique d’un
tracteur qui consomme 20 000 J pour
soulever une pierre de 200 kg à une hauteur
de 3 m ?
29 %
8. La distinction entre chaleur et température
1.
a. Qu’est-ce que la température ?
La température
est une mesure du degré d’agitation des
atomes et des molécules.
b. Qu’est-ce que la chaleur ?
La chaleur est un
transfert d’énergie entre deux systèmes de températures
différentes.
2. Une bouilloire A contient 1 kg d’eau à 100 °C et
une bouilloire B contient 1 kg d’eau à 90 °C.
Indiquez si les énoncés suivants sont vrais ou
faux. Si un énoncé est faux, reformulez-le afin
qu’il traduise correctement la situation.
a. Si l’on plonge la bouilloire B dans un
bac d’eau à 20 °C, elle transférera plus
d’énergie thermique à l’eau du bac que ne
le ferait la bouilloire A.
Faux. Si l’on plonge
la bouilloire B dans un bac d’eau à 20 °C,
la bouilloire A transférera plus d’énergie
thermique à l’eau du bac que ne le ferait
la bouilloire B.
b. Si l’on plonge la bouilloire A dans un bac
d’eau à 20 °C, l’énergie thermique sera
transférée de l’eau du bac vers celle de la
bouilloire.
Faux. Si l’on plonge la bouilloire A
dans un bac d’eau à 20 °C, l’énergie thermique
sera transférée de l’eau de la bouilloire vers
l’eau du bac.
c. Si l’on mélange l’eau de la bouilloire A avec
celle de la bouilloire B, la température de
l’eau sera la même que celle de la
bouilloire A.
Faux. Si l’on mélange l’eau de la
bouilloire A avec celle de la bouilloire B, la température
de l’eau sera comprise entre 90 °C et
100 °C.
9.
La relation entre l’énergie thermique,
la capacité thermique massique, la masse
et la variation de température
1. Qu’est-ce que la capacité thermique massique ?
La capacité thermique massique correspond à la
quantité d’énergie thermique qu’il faut transférer
à un gramme de substance pour augmenter sa
température de 1 °C.
2. La capacité thermique massique de l’eau est de
4,19 J/g °C. Calculez la quantité de chaleur
nécessaire pour élever de 30 °C la température
de 240 g d’eau.
3.02 x 104 J
3. La capacité thermique massique de l’eau est de
4.19 J/g °C et celle du cuivre est de 0.39 J/g °C.
Si l’on chauffe 10 g d’eau et 10 g de cuivre à
25 °C :
a. laquelle des deux substances emmagasinera
le plus d’énergie thermique ? Justifiez
votre réponse.
Les 10 g d’eau emmagasineront
plus d’énergie thermique que les 10 g
de cuivre, car les deux masses sont égales et
la capacité thermique massique de l’eau est
supérieure à celle du cuivre.
b. laquelle des deux substances verra sa température
augmenter le plus rapidement ?
Le cuivre.
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