6 exemples de questions sur l'énergie mécanique
Théorème de l'énergie cinétique mécanique
1. Regardez l' image suivante du déplacement du bloc ! Supposons g = 10 m/ s² . Si le coefficient de frottement cinétique entre le bloc et le sol est μk = 0,5, alors la valeur du déplacement de l'objet (s) est ….
A. 5,00 m
B. 4,25 m
C. 3,00 m
D. 2,50 m
E. 2,00 m
Discussion
Il est connu que :
Coefficient de frottement cinétique ( μk ) = 0,5
Masse du bloc (m) = 4 kg
Accélération due à la gravité (g) = 10 m/ s²
Poids du bloc (w) = mg = (4)(10) = 40 Newtons
Si le bloc est sur une surface plane, alors la force normale (N) = poids (w) = 40 Newtons.
Vitesse initiale (v 1 ) = 5 m/s
Vitesse finale (v 2 ) = 0 m/s
Question : déplacement de l'objet (s) ?
Répondre :
Le théorème de l'énergie mécanique stipule que le travail (W) effectué par une force non conservative est égal à la variation d'énergie mécanique de l'objet, soit l'énergie mécanique finale (EM₂ ) moins l'énergie mécanique initiale (EM₁ ) . Le frottement cinétique est une force non conservative et la seule force non conservative agissant sur le bloc est la force de frottement cinétique.
W = Δ EM
f k s = EM 2 – EM 1
Travail effectué par le frottement cinétique :
W = f k s = ( μ k )(N)(s) = (0,5)(40)(s) = 20 s
Changements d'énergie mécanique :
Δ EM = EM 2 – EM 1 = (EK + EP) 2 – (EK + EP) 1
Un objet se déplace sur une surface plane sans que sa hauteur ne varie ( Δh = 0), donc son énergie potentielle gravitationnelle reste constante ( ΔEP = EP₂ – EP₁ = 0). Ainsi, les variations d'énergie mécanique n'impliquent que des variations d'énergie cinétique.
Δ EM = EK 2 – EK 1 = ½ mv 2 2 – ½ mv 1 2 = ½ m (v 2 2 – v 1 2 )
ΔEM = ½ (4)(0 2 – 5 2 ) = (2)(25) = 50
Le déplacement du bloc est :
W = Δ EM
20 s = 50
s = 50 / 20 = 2,5 mètres
La bonne réponse est D.
Loi de conservation de l'énergie mécanique
2. Les objets A et B ont la même masse. L'objet A tombe d'une hauteur de h mètres et l'objet B d'une hauteur de 2h mètres. Si A touche le sol à une vitesse de v m/s, l'objet B touchera le sol avec une énergie cinétique de…
A. 2 mv 2
B. mv 2
C. 3/4 mv 2
D. 1/2 mv 2
E. 1/4 mv 2
Discussion
La vitesse finale de l'objet B qui tombe librement d'une hauteur de 2h est :
v² = 2 g (2h) = 4 gh
L'énergie cinétique de l'objet B est :
EK B = ½ mv² = ½ m (4 gh) = 2 mgh —– Équation 1
L'énergie mécanique initiale de l'objet B est l'énergie potentielle gravitationnelle = mg h. L'énergie mécanique finale de l'objet B est l'énergie cinétique = ½ mv².
Loi de conservation de l'énergie mécanique :
mgh = ½ mv 2.
Puisque mgh = ½ mv 2 , nous pouvons remplacer mgh dans l'équation 1 par ½ mv 2.
Énergie cinétique de l'objet B = 2 mgh = 2(½ mv² ) = mv²
La bonne réponse est B.
3. Regardez l'image ci-dessous ! Un objet tombe librement d'une hauteur de 20 m. Si l'accélération due à la gravité est de 10 m/s², alors la vitesse de l'objet lorsqu'il se trouve à 15 m au-dessus du sol est de…
A. 2 m/s
B. 5 m/s
C. 10 m/s
D. 15 m/s
E. 20 m/s
Discussion
Énergie mécanique finale = énergie mécanique initiale
L'énergie cinétique de l'objet au point 2 = réduction de l'énergie potentielle gravitationnelle de 5 mètres
½ mv² = mgh
½ v 2 = (10)(20-15)
½ v 2 = (10)(5)
½ v 2 = 50
v 2 = (2)(50)
v 2 = 100
v = 10 m / s
La bonne réponse est C.
4. Un bloc est maintenu en haut d'un plan incliné, comme illustré sur la figure. Lorsqu'on le lâche, le bloc glisse sans frottement le long du plan incliné. La vitesse du bloc lorsqu'il atteint le bas du plan incliné est de…
B. 8 ms -1
C. 10 ms -1
D. 12 ms -1
E. 16 ms -1
Discussion
Énergie mécanique initiale = énergie potentielle gravitationnelle = mgh = m (10)(5) = 50 m
Énergie mécanique finale = énergie cinétique = 1/2 mv²
La loi de conservation de l'énergie mécanique stipule que l'énergie mécanique initiale = l'énergie mécanique finale.
EM o = EM t
50 m = 1/2 mv²
50 = 1/2 v 2
2 (50) = v 2
100 = v 2
v = 10 m / s
La bonne réponse est C.
5. Un bloc de masse m kg est lâché d'une hauteur h mètres au-dessus du sol, comme illustré sur la figure. Le rapport entre son énergie potentielle (EP) et son énergie cinétique (EK) au point M est…
A. 1 : 3 
B. 1 : 2
C. 2 : 1
D. 2 : 5
E. 3 : 7
Discussion
Énergie potentielle gravitationnelle au point M :
EP M = mg (0,3 h)
Énergie cinétique au point M = réduction de l'énergie potentielle gravitationnelle de h - 0,3h = 0,7 h
EK M = EP = mg (0,7 h)
Le rapport entre l'énergie potentielle gravitationnelle et l'énergie cinétique au point M est :
EP M : EK M
mg (0,3 h) : mg (0,7 h)
0,3: 0,7
3: 7
La bonne réponse est E.
6. Regardez l'image de l'objet A tombant librement du point P ci-dessous !
Si EP Q et EK Q sont respectivement l'énergie potentielle et l'énergie cinétique au point Q (g = 10 m/s 2 ), alors EP Q : EK Q est….
A. 16 : 9
B. 9 : 16
C. 3 : 2
D. 2 : 3
E. 2 : 1
Discussion
Énergie potentielle gravitationnelle au point Q :
EP Q = mgh = (m)(10)(1,8) = 18 m
L'énergie cinétique au point Q est égale à la réduction de l'énergie potentielle gravitationnelle de 5 - 1,8 = 3,2 mètres.
EK Q = EP = mgh = m (10)(3,2) = 32 m
Le rapport entre l'énergie potentielle gravitationnelle et l'énergie cinétique au point Q est :
EP Q : EK Q
18 m : 32 m
18: 32
9: 16
Source de la question :
Questions de physique pour l'examen national de fin d'études secondaires/professionnelles
