Module C - L'énergie

Module C : L'énergie

Physique 11

Ce module concentre sur l'énergie des objets en mouvement. On va examiner comment l'énergie peut exister dans plusieurs formes, comment elle ne peut être ni créée ni détruite ainsi que les concepts du travail et de la puissance. On va investiguer la quantité de mouvement et l'impulsion, avant d'explorer les collisions.

Objectifs

L'énergie

Résultats d'apprentissage

Conservation d'énergie

Dans cette leçon, tu dois déterminer les montantsd'énergie cinétique, potentielle et thermique quiexistent dans des situations contextuelles.

% de rendement

EQM1. analyser l’influence du transfert et de la conservation de l’énergie mécanique afin de décrire, de façon quantitative, les énergies potentielle et cinétique d’un objet.

Travail

Puissance

Conclusion

Résultats d'apprentissage

En physique, l’énergie est la capacité d’un système à produire un travail ou à provoquer un changement. Elle ne se voit pas directement, mais on peut observer ses effets : déplacer un objet, chauffer une substance, émettre de la lumière, etc.

L'unité de mesure de l'énergie c'est le Joule (J). Elle peut être définie dans deux différentes manières.J = kg⋅m2/s2 ou J = N⋅m

Objectifs

L'énergie

Conservation d'énergie

% de rendement

Travail

Il existe plusieurs formes d'énergies. Dans ce cours, on va concentrer sur l'énergie mécanique qui comporte trois différentes formes d'énergie (cinétique, gravitationnelle et thermique).

Puissance

Conclusion

Énergie thermique

Énergie cinétique

Énergie potentiellegravitationelle

Résultats d'apprentissage

L'énergie cinétique est l'énergie des objets en mouvement (active). Semblable aux forces cinétiques, la masse et la vitesse de l'objet en mouvement influence la grandeur de l'énergie.

Objectifs

L'énergie

Conservation d'énergie

% de rendement

Tu peux calculer l'énergie cinétique utilisant la formule suivante ;

Travail

EC = ½mv2

Exemple

Puissance

Conclusion

Énergie thermique

Énergie cinétique

Énergie potentiellegravitationelle

Résultats d'apprentissage

Exemple 1

EC = ½mv2

Un ingénieur d'autoroute développe une nouvelle barrière de sécurité. Afin d'assurer une mesure de sécurité raisonnable, il développe une barrière qui peut absorber l'énergie d'un camion de 36 000 kg qui voyage à 125 km/h. Est-ce que l'énergie d'une auto de 1 400 kg, qui voyage à 150 km/h, pourrait-elle être ralentie ?

Objectifs

L'énergie

Conservation d'énergie

% de rendement

Travail

Pratique-toi

Solution (vidéo)

Solution (écrite)

Puissance

Conclusion

Énergie thermique

Énergie cinétique

Énergie potentiellegravitationelle

Résultats d'apprentissage

L'énergie potentielle gravitationnelle est l'énergie stockée (non active) qui peut être utilisée quand un objet descend d'un point élevé. Elle est influencée par la masse et la hauteur de l'objet.

Objectifs

L'énergie

Conservation d'énergie

Travail

Tu peux calculer l'énergie potentielle gravitationelle utilisant la formule suivante ;

Puissance

Ep = -mgh

Conclusion

Exemple

Énergie thermique

Énergie cinétique

Énergie potentiellegravitationelle

Résultats d'apprentissage

Exemple 2

Ep = -mgh

Un ascenseur d'une masse de 1 400 kg descend du 5e étage (21,5 m) au 2e étage (4,3 m). Quelle est la différence d'énergie potentielle entre la position initiale et la position finale de l'ascenseur ?

Objectifs

L'énergie

Conservation d'énergie

% de rendement

Travail

Pratique-toi

Solution (vidéo)

Solution (écrite)

Puissance

Conclusion

Énergie thermique

Énergie cinétique

Énergie potentiellegravitationelle

Résultats d'apprentissage

Le frottement entre deux surfaces créées de la chaleur. Cette chaleur est aussi appelée l'énergie thermique (active). Cette énergie n'est pas toujours bénéficiale, par exemple les freins peuvent devenir très chauds s'ils sont trop utilisés, si ça arrive, ils peuvent devenir moins efficaces. Par contre, cette production de chaleur peut être utilisée pour commencer un feu en tournant un morceau de bois. Le symbole pour l'énergie thermique est Q.

Objectifs

Ff = μFN

L'énergie

Conservation d'énergie

% de rendement

Travail

Puissance

Conclusion

Énergie thermique

Énergie cinétique

Énergie potentiellegravitationelle

Résultats d'apprentissage

« L'énergie ne peut ni être créée ni détruite, elle ne peut qu'être transformée d'une forme à une autre. »

Julius Robert Mayer - 1842

Dans un système fermé; L'énergie initiale = l'énergie finale : Ei = Ef La différence d'énergie entre la situation initiale et finale est nul : ΔE = 0 J

Objectifs

L'énergie

Conservation d'énergie

% de rendement

Travail

Puissance

Conclusion

Sans frottement

Avec frottement

Résultats d'apprentissage

Quand il n'y a pas de frottement dans une situation, l'énergie mécanique comprend seulement l'énergie cinétique (Ec) et l'énergie potentielle gravitationnelle (Ep). L'énergie transforme d'une type à l'autre, mais le montant d'énergie totale ne diminue pas.

Objectifs

Les deux formules suivantes sont importantes pour ces situations Em = Ec + Ep Emi = Emf

L'énergie

Conservation d'énergie

% de rendement

Travail

Exemple

Puissance

Conclusion

Sans frottement

Avec frottement

Résultats d'apprentissage

Exemple 3

Em = Ec + Ep

Que serait la vitesse d'une parachutiste s'il saute d'une hauteur de 3 050 m et descend à 900 m avant d'ouvrir son parachute ?

Objectifs

L'énergie

Conservation d'énergie

% de rendement

Travail

Pratique-toi

Solution (vidéo)

Solution (écrite)

Puissance

Conclusion

Sans frottement

Avec frottement

Résultats d'apprentissage

Quand il y a du frottement dans une situation, l'énergie mécanique comprend l'énergie cinétique (Ec), l'énergie potentielle gravitationnelle (Ep) et l'énergie thermique (Q). Quand l'énergie transforme en énergie thermique elle ne transforme pas de nouveau aux autres formes d'énergie. Le montant d'énergie totale ne diminue pas, mais il y aura moins d'Ec et d'Ep.

Objectifs

Les deux formules suivantes sont importantes pour ces situations Em = Ec + Ep + Q Emi = Emf

L'énergie

Conservation d'énergie

% de rendement

Travail

Exemple

Puissance

Conclusion

Sans frottement

Avec frottement

Résultats d'apprentissage

Exemple 4

Em = Ec + Ep + Q

Le chariot d'une montagne russe, d'une masse de 900 kg, se situe immobilement en haut d'une colline d'une hauteur de 40 m. Quand elle se rend au premier creux, sa hauteur est de 5 m et sa vitesse et de 23,6 m/s. Quelle est l'énergie thermique perdue au système ?

Objectifs

L'énergie

Conservation d'énergie

% de rendement

Travail

Pratique-toi

Solution (vidéo)

Solution (écrite)

Puissance

Conclusion

Sans frottement

Avec frottement

Résultats d'apprentissage

Quand le frottement existe dans la situation, une certaine pourcentage d'énergie serait transformée en énergie thermique. On peut identifier l'efficacité de la conversion d'énergie (le pourcentage d'énergie qui n'est pas perdu en forme de chaleur) en calculant le pourcentage de rendement.

Objectifs

% de rendement = (1 - (énergie perdue)/(énergie initiale)) x 100Voici une version de la formule qu'est souvent utilisé; %R = (1 - (Q/Emi)) x 100

L'énergie

Conservation d'énergie

Exemple : Charlotte (50,0 kg) se trouve immobile en haut de la rampe à une hauteur de 5,00 m, avec sa planche à roulettes. À mi-chemin de sa descendante, elle voyage à 7,00 m/s. Quel est son pourcentage de rendement ?

% de rendement

Travail

Solution (vidéo)

Solution (écrite)

Puissance

Conclusion

Résultats d'apprentissage

Pour qu'un objet déplace, un montant d'énergie doit être utilisé. Cette énergie se nomme le travail (W). Afin de mesurer le montant de travail qui a été accompli, tu calcules le produit scalaire des deux vecteurs la distance déplacée et la force appliquée. Le produit scalire est définit comme suit : θ est l'angle entre F et d

F. ᐃd = F x ᐃd x cosθ

Objectifs

W = F . ᐃd

L'énergie

F. ᐃd = F x ᐃd x cosθ

Conservation d'énergie

W = F x ᐃd x cosθ

*NB* Si l'angle est plat,(θ = 0°) cosθ = 1 est peut être exclu de la formule.

% de rendement

Travail

Quand on considère le travail et l'énergie potentielle gravitationnelle, on peut aussi calculer le travail fait comme la variation de cette énergie.

Puissance

W = ᐃEp

Conclusion

Exemple

Résultats d'apprentissage

W = Fᐃd

Exemple 5

Cette athlète soulève une barre de 100 kg d'une hauteur de 0,25 m à 1,75 m au-dessus du sol. Est-ce que du travail utile a été fait sur cette barre? Si oui, calculer le travail fait sur cette barre.

Objectifs

L'énergie

Conservation d'énergie

% de rendement

Travail

Puissance

Solution (vidéo)

Solution (écrite)

Pratique-toi

Conclusion

Résultats d'apprentissage

La puissance (P) en termes d'énergie est une mesure de la vitesse à laquelle l'énergie est transférée, convertie ou consommée. C'est le rapport entre la quantité de travail effectué et le temps nécessaire pour faire ce travail.

P = W/t

Objectifs

La puissance est exprimée en watts (W), où un watt équivaut à un joule par seconde (J/s)W = J/s

L'énergie

Conservation d'énergie

% de rendement

Travail

Puissance

Conclusion

Exemple

Résultats d'apprentissage

P = W/t

Exemple 6

Raphaël et Léonard doivent chacun décharger un camion rempli de boîtes. Ils déplacent les boîtes 50 m, au fond de l'entrepôt et chaque boîte exige une force de 1900 N afin de le déplacer. Le camion de Raphaël contient 30 boîtes et il prend 10 minutes pour le décharger. Le camion de Léonard contient 40 boîtes et il prend 15 minutes pour le décharger. Qui a démontré plus de puissance ?

Objectifs

L'énergie

Conservation d'énergie

% de rendement

Travail

Puissance

Solution (vidéo)

Solution (écrite)

Pratique-toi

Conclusion

Résultats d'apprentissage

Voici les grandes idées que tu aurais dû apprendre dans cette leçon ;

L'énergie cinétique est l'énergie de déplacement.

Objectifs

L'énergie potentielle gravitationnelle est l'énergie entreposée due à la hauteur d'un objet.

L'énergie

Le principe de la conservation d'énergie nous dit que l'énergie est ni créée, ni détruite, elle change seulement de forme.Σ (L'énergie initiale) = Σ (L'énergie finale)

Conservation d'énergie

La puissance est le montant de travail accompli dans une durée de temps.

% de rendement

Les formules

EC = ½mv2Ep = -mgh Em = Ec + Ep + QEmi = Emf W = Fᐃd P = W/t

As-tu des questions ? Communique avec ton enseignant !

Travail

Rends-toi à la révision du Leçon 1 et réponds aux questions.

Puissance

Conclusion

Résultats d'apprentissage