Formes d'énergie — Exercices

Identifier, convertir, comparer : du plus direct au plus réfléchi.

⏱ ~25 min✎ Calculatrice inutile

1Reconnaître les formes d'énergie/ 4 pts

Pour chacune des situations suivantes, indique la (ou les) forme(s) d'énergie présente(s) et justifie en une phrase.

Un skateboard roule à vive allure sur une piste horizontale.
Une bûche posée en haut d'un toboggan, encore immobile.
Une tasse de thé chaude posée sur une table.
Un oiseau qui vole haut dans le ciel.

2Chaînes de conversion/ 3 pts

Pour chaque situation, indique quelle forme d'énergie est présente au départ, puis quelle forme elle devient à la fin. Utilise les notations $E_c$, $E_p$, $E_{th}$.

Une bille est lâchée du haut d'un toboggan. Au départ : immobile en hauteur. À la fin : elle roule sur le sol plat.
On frotte deux cailloux l'un contre l'autre. Au départ : ils sont en mouvement. À la fin : les cailloux sont chauds.
Un plongeur saute d'un plongeoir de $5\,\text{m}$. Au départ : immobile en hauteur. À la fin : en chute rapide.

3Comparer les énergies/ 3 pts

Dans chaque cas, indique lequel des deux objets A ou B possède la plus grande énergie. Justifie en mentionnant le paramètre qui change.

A : une bille de $10\,\text{g}$ roulant à $2\,\text{m/s}$. B : la même bille roulant à $4\,\text{m/s}$.
A : un livre de $500\,\text{g}$ posé à $1\,\text{m}$ du sol. B : le même livre posé à $3\,\text{m}$ du sol.
A : $1\,\text{L}$ d'eau à $20\,^{\circ}\text{C}$. B : $1\,\text{L}$ d'eau à $80\,^{\circ}\text{C}$.

4Problème : la descente en luge/ 5 pts

Manon et sa luge sont immobiles en haut d'une colline enneigée. Après la descente, la luge s'arrête progressivement dans la neige, au bas de la colline.

Quelle forme d'énergie possède Manon au sommet, avant le départ ?
Quelle forme d'énergie possède Manon au milieu de la descente, en pleine vitesse et encore à mi-hauteur ?
Quelle forme d'énergie possède principalement Manon une fois complètement arrêtée au bas de la colline ?
L'énergie a-t-elle disparu quand la luge s'est arrêtée ? Explique ce qui s'est passé.
Si Manon repartait depuis une colline deux fois plus haute, son énergie potentielle au départ serait-elle plus grande, plus petite ou identique ? Justifie.

Corrigé détaillé

1Reconnaître les formes d'énergie

a) $\text{Le skateboard est en mouvement} \Rightarrow$ $\text{Énergie cinétique } E_c$

b) $\text{La bûche est immobile mais en hauteur} \Rightarrow$ $\text{Énergie potentielle } E_p$

c) $\text{La tasse est chaude (température élevée)} \Rightarrow$ $\text{Énergie thermique } E_{th}$

d) $\text{L'oiseau est en mouvement ET en hauteur} \Rightarrow$ $E_c \text{ (mouvement) et } E_p \text{ (hauteur) : les deux formes coexistent}$

2Chaînes de conversion

a) $\text{Immobile en hauteur} \rightarrow \text{en mouvement au sol}$ $E_p \rightarrow E_c$

b) $\text{Mouvement des cailloux} \rightarrow \text{échauffement}$ $E_c \rightarrow E_{th}$

c) $\text{Immobile en hauteur} \rightarrow \text{en chute rapide}$ $E_p \rightarrow E_c$

3Comparer les énergies

a) $\text{Même masse ; la vitesse de B est double de celle de A. Or } E_c \text{ augmente avec la vitesse.}$ $\text{B (} 4\,\text{m/s} \text{) possède la plus grande énergie cinétique.}$

b) $\text{Même masse ; B est 3 fois plus haut que A. Or } E_p \text{ augmente avec la hauteur.}$ $\text{B (} 3\,\text{m} \text{) possède la plus grande énergie potentielle.}$

c) $\text{Même volume d'eau ; B est à } 80\,^{\circ}\text{C}\text{, A à }20\,^{\circ}\text{C}\text{. Or } E_{th} \text{ augmente avec la température.}$ $\text{B (} 80\,^{\circ}\text{C} \text{) possède la plus grande énergie thermique.}$

4Problème : la descente en luge

a) $\text{Manon est immobile et en hauteur.}$ $\text{Énergie potentielle de pesanteur } E_p$

b) $\text{Manon est en mouvement (} E_c \text{) et encore en hauteur (} E_p \text{) : les deux formes coexistent.}$ $E_p \text{ et } E_c \text{ simultanément}$

c) $\text{Manon est arrêtée au niveau du sol : } E_c = 0 \text{ et } E_p = 0.$ $\text{L'énergie s'est convertie en énergie thermique } E_{th} \text{ par frottement sur la neige.}$

d) $\text{L'énergie ne disparaît jamais (principe de conservation de l'énergie).}$ $\text{L'énergie cinétique s'est transformée en énergie thermique : la neige et la luge se sont légèrement réchauffées par frottement.}$

e) $E_p \text{ augmente proportionnellement avec la hauteur.}$ $\text{En partant de deux fois plus haut, l'énergie potentielle serait deux fois plus grande.}$