Calcul de la vitesse finale d’un skateur

Calcul de la Vitesse Finale d'un Skateur en Physique

Calcul de la Vitesse Finale d'un Skateur

Contexte : L'énergie, moteur du mouvement.

En physique, le principe de conservation de l'énergiePrincipe fondamental stipulant que l'énergie totale d'un système isolé (qui n'échange ni matière ni énergie avec l'extérieur) reste constante au cours du temps. L'énergie peut se transformer d'une forme à une autre, mais elle n'est jamais ni créée, ni détruite. est un outil fondamental pour comprendre le mouvement. Il stipule que l'énergie totale d'un système isolé reste constante. Un skateur au sommet d'une rampe possède de l'énergie potentielleÉnergie qu'un objet possède en raison de sa position dans un champ de force (par exemple, la gravité). Pour un objet de masse m à une hauteur h, elle est donnée par Ep = mgh. due à sa hauteur. En descendant, cette énergie se transforme en énergie cinétiqueÉnergie qu'un objet possède en raison de son mouvement. Pour un objet de masse m se déplaçant à une vitesse v, elle est donnée par Ec = ½mv²., l'énergie du mouvement. Cet exercice vous guidera pour utiliser ce principe afin de calculer la vitesse du skateur en bas de la rampe, en supposant que les frottements sont négligeables.

Remarque Pédagogique : Cet exercice illustre l'un des plus beaux concepts de la physique : la transformation de l'énergie. En partant d'une situation simple (un skateur à l'arrêt), nous allons prédire sa vitesse finale sans nous soucier de la forme exacte de la rampe ou du temps que prend la descente. C'est la puissance de l'approche énergétique pour résoudre des problèmes de mécanique.

Objectifs Pédagogiques

Calculer l'énergie potentielle de pesanteur d'un objet.
Appliquer le principe de conservation de l'énergie mécanique.
Comprendre la conversion entre énergie potentielle et énergie cinétique.
Isoler et calculer une vitesse à partir de l'équation de l'énergie cinétique.
Convertir des unités de vitesse (m/s en km/h).

Données de l'étude

Un skateur, considéré comme un système ponctuel, se laisse glisser sans vitesse initiale du sommet d'une rampe de skate. On néglige toutes les forces de frottement. On cherche à déterminer sa vitesse en bas de la rampe.

Schéma de la situation

Paramètre	Symbole	Valeur	Unité
Masse du skateur	$m$	60	$\text{kg}$
Hauteur de départ	$h$	3.0	$\text{m}$
Intensité de la pesanteur	$g$	9.81	$\text{N/kg}$

Questions à traiter

Calculer l'énergie potentielle de pesanteur ($E_{p,A}$) du skateur au point de départ A.
En appliquant le principe de conservation de l'énergie mécanique, déterminer la valeur de l'énergie mécanique ($E_m$) du skateur.
Quelle est la valeur de l'énergie cinétique ($E_{c,B}$) du skateur lorsqu'il arrive en bas de la rampe (point B) ?
Calculer la vitesse finale ($v_B$) du skateur en bas de la rampe. Donner le résultat en m/s puis en km/h.

Les bases de l'Énergétique

Avant de plonger dans la correction, revoyons les trois formes d'énergie clés pour cet exercice.

1. L'Énergie Potentielle de Pesanteur ($E_p$) :
C'est l'énergie qu'un objet possède en raison de son altitude dans un champ de pesanteur. Elle dépend de sa masse $m$, de sa hauteur $h$ et de l'intensité de la pesanteur $g$. \[ E_p = m \cdot g \cdot h \] Plus un objet est haut, plus il a d'énergie potentielle "en réserve".

2. L'Énergie Cinétique ($E_c$) :
C'est l'énergie associée au mouvement d'un objet. Elle dépend de sa masse $m$ et du carré de sa vitesse $v$. \[ E_c = \frac{1}{2} m v^2 \] Un objet immobile n'a pas d'énergie cinétique.

3. L'Énergie Mécanique ($E_m$) et sa Conservation :
L'énergie mécanique est la somme de l'énergie potentielle et de l'énergie cinétique. \[ E_m = E_p + E_c \] En l'absence de frottements, cette énergie mécanique totale se conserve : elle reste constante tout au long du mouvement. L'énergie potentielle se transforme en énergie cinétique, et vice-versa.

Correction : Calcul de la Vitesse Finale d'un Skateur

Question 1 : Calculer l'énergie potentielle de pesanteur au départ

Principe (le concept physique)

L'énergie potentielle de pesanteur représente l'énergie stockée par le skateur du simple fait de se trouver en hauteur. La Terre l'attire, et cette position élevée lui confère un "potentiel" de mouvement. Si on le lâche, cette énergie stockée va être libérée et convertie en une autre forme d'énergie.

Mini-Cours (approfondissement théorique)

L'énergie potentielle n'est pas une valeur absolue. Elle est toujours définie par rapport à un niveau de référence (un "zéro") que l'on choisit arbitrairement. Changer la référence change la valeur de $E_p$, mais pas la *différence* d'énergie potentielle entre deux points, qui est la seule chose qui a un sens physique et qui détermine le mouvement.

Remarque Pédagogique (le conseil du professeur)

Imaginez que l'énergie potentielle est comme de l'argent dans un compte en banque en altitude. Au sommet, le compte est plein. En descendant, vous retirez cet "argent d'altitude" pour le convertir en "argent de vitesse". Le choix du niveau zéro, c'est comme décider si le niveau de la mer est à 0€ ou à 1000€. Ça change les chiffres sur le relevé, mais pas la somme que vous pouvez dépenser.

Normes (la référence réglementaire)

En physique, les unités sont standardisées par le Système International (SI). Pour l'énergie, l'unité est le Joule (J). Pour la masse, le kilogramme (kg), pour la hauteur, le mètre (m), et pour g, le Newton par kilogramme (N/kg) ou le mètre par seconde carrée (m/s²). L'utilisation cohérente de ces unités est une norme implicite pour garantir des calculs corrects.

Formule(s) (l'outil mathématique)

L'énergie potentielle de pesanteur se calcule avec la formule :

E_{p,A} = m \cdot g \cdot h_A

Hypothèses (le cadre du calcul)

On choisit le niveau le plus bas (le bas de la rampe, point B) comme référence pour l'énergie potentielle, c'est-à-dire que l'on pose $h_B = 0 \, \text{m}$, et donc $E_{p,B} = 0 \, \text{J}$.

Donnée(s) (les chiffres d'entrée)

Masse du skateur, $m = 60 \, \text{kg}$
Intensité de la pesanteur, $g = 9.81 \, \text{N/kg}$
Hauteur de départ, $h_A = 3.0 \, \text{m}$

Astuces(Pour aller plus vite)

Pour un calcul mental rapide, on peut souvent arrondir $g$ à 10 N/kg. Ici, $60 \times 10 \times 3 = 1800$ J. Cela donne un excellent ordre de grandeur pour vérifier le résultat final obtenu avec la valeur plus précise de $g$.

Schéma (Avant les calculs)

État Initial : Point A

Calcul(s) (l'application numérique)

On applique la formule en utilisant les unités du Système International. Le résultat sera en Joules (J).

\begin{aligned} E_{p,A} &= m \cdot g \cdot h_A \\ &= 60 \, \text{kg} \cdot 9.81 \, \text{N/kg} \cdot 3.0 \, \text{m} \\ &= 1765.8 \, \text{J} \end{aligned}

Schéma (Après les calculs)

État Initial : Énergie Calculée

Réflexions (l'interprétation du résultat)

Au sommet de la rampe, avant même de bouger, le skateur possède une réserve d'énergie de 1765.8 Joules. C'est cette énergie qui va lui permettre d'acquérir de la vitesse pendant la descente.

Points de vigilance (les erreurs à éviter)

L'erreur la plus commune est d'oublier une des grandeurs dans la formule ou de se tromper d'unités. La hauteur doit être en mètres, pas en centimètres, et la masse en kilogrammes.

Points à retenir (permettre a l'apprenant de maitriser la question)

L'énergie potentielle dépend de la masse, de la hauteur et de la gravité.
Elle représente une énergie "stockée" due à la position.
Le choix du "zéro" pour la hauteur est crucial et doit être cohérent.

Le saviez-vous ? (la culture de l'ingénieur)

Les barrages hydroélectriques sont une application à grande échelle de ce principe. L'eau retenue en altitude possède une énorme énergie potentielle. En la faisant chuter dans des conduites, on transforme cette énergie en énergie cinétique, qui fait tourner des turbines pour produire de l'électricité.

FAQ (pour lever les doutes)

Résultat Final (la conclusion chiffrée)

L'énergie potentielle de pesanteur du skateur au point A est d'environ 1766 J.

A vous de jouer(pour verifier la comprehension de l'etudiant parrapport a la question)

Quelle serait l'énergie potentielle (en J) d'un skateur de 50 kg au sommet de la même rampe ?

Question 2 : Déterminer l'énergie mécanique du skateur

Principe (le concept physique)

L'énergie mécanique est l'énergie totale du système liée à son mouvement et à sa position. Puisqu'on néglige les frottements (qui transformeraient une partie de l'énergie en chaleur), cette énergie totale ne change pas pendant la descente. Sa valeur est donc la même en tout point de la trajectoire.

Mini-Cours (approfondissement théorique)

La conservation de l'énergie mécanique est une conséquence directe de la deuxième loi de Newton lorsque les seules forces qui travaillent sont des forces dites "conservatives" (comme le poids). Les forces de frottement sont "non conservatives" car leur travail dépend du chemin suivi et dissipe l'énergie mécanique sous forme de chaleur.

Remarque Pédagogique (le conseil du professeur)

Pensez à l'énergie mécanique comme à la quantité totale d'eau dans un système de deux vases communicants : "Potentielle" et "Cinétique". L'eau peut passer d'un vase à l'autre, mais la quantité totale d'eau reste la même. Au début, toute l'eau est dans le vase "Potentielle". À la fin, elle est passée dans le vase "Cinétique".

Normes (la référence réglementaire)

Le principe de conservation de l'énergie est une loi fondamentale de la physique, pas une norme au sens technique. Cependant, les calculs basés sur ce principe sont au cœur des normes de sécurité, par exemple pour calculer les zones de dégagement nécessaires pour les montagnes russes ou les toboggans aquatiques.

Formule(s) (l'outil mathématique)

L'énergie mécanique est la somme de l'énergie potentielle et de l'énergie cinétique :

E_m = E_{p,A} + E_{c,A}

Hypothèses (le cadre du calcul)

L'hypothèse fondamentale ici est que le système {skateur + Terre} est isolé et que les forces de frottement sont négligeables. C'est cette absence de dissipation d'énergie qui garantit la conservation de l'énergie mécanique.

Donnée(s) (les chiffres d'entrée)

Énergie potentielle en A, $E_{p,A} = 1765.8 \, \text{J}$ (calcul Q1)
Vitesse initiale en A, $v_A = 0 \, \text{m/s}$ (le skateur part "sans vitesse initiale")

Astuces(Pour aller plus vite)

Lorsque la vitesse initiale est nulle, le calcul est immédiat : l'énergie mécanique est simplement égale à l'énergie potentielle de départ. Pas besoin de calculer l'énergie cinétique si on sait qu'elle est nulle.

Schéma (Avant les calculs)

Bilan Énergétique en A

Calcul(s) (l'application numérique)

1. On calcule d'abord l'énergie cinétique au point A :

\begin{aligned} E_{c,A} &= \frac{1}{2} m v_A^2 \\ &= \frac{1}{2} \cdot 60 \cdot 0^2 \\ &= 0 \, \text{J} \end{aligned}

2. On calcule ensuite l'énergie mécanique :

\begin{aligned} E_m &= E_{p,A} + E_{c,A} \\ &= 1765.8 \, \text{J} + 0 \, \text{J} \\ &= 1765.8 \, \text{J} \end{aligned}

Schéma (Après les calculs)

Énergie Mécanique Totale

Réflexions (l'interprétation du résultat)

Au point de départ, comme le skateur est immobile, toute son énergie mécanique est sous forme d'énergie potentielle. Cette valeur de 1765.8 J restera constante tout au long de la descente.

Points de vigilance (les erreurs à éviter)

Ne pas affirmer que l'énergie potentielle ou l'énergie cinétique sont constantes. C'est leur *somme*, l'énergie mécanique, qui est constante. L'une se transforme en l'autre, mais le total ne change pas.

Points à retenir (permettre a l'apprenant de maitriser la question)

L'énergie mécanique est la somme $E_p + E_c$.
En l'absence de frottements, l'énergie mécanique se conserve.
Si la vitesse initiale est nulle, l'énergie mécanique est égale à l'énergie potentielle initiale.

Le saviez-vous ? (la culture de l'ingénieur)

Les sondes spatiales utilisent ce principe pour accélérer. Lors d'une "assistance gravitationnelle", une sonde frôle une planète. Elle "vole" un peu d'énergie cinétique à la planète (qui est si massive que sa vitesse ne change quasiment pas), ce qui augmente considérablement la vitesse de la sonde sans utiliser de carburant.

FAQ (pour lever les doutes)

Résultat Final (la conclusion chiffrée)

L'énergie mécanique du skateur est constante et vaut environ 1766 J.

A vous de jouer(pour verifier la comprehension de l'etudiant parrapport a la question)

Si le skateur avait une vitesse initiale de 2 m/s au point A, quelle serait son énergie mécanique totale (en J) ?

Question 3 : Déterminer l'énergie cinétique en bas de la rampe

Principe (le concept physique)

Puisque l'énergie mécanique se conserve, l'énergie totale au point B (en bas) est la même qu'au point A (en haut). Au point B, le skateur est à l'altitude la plus basse, son énergie potentielle est donc minimale (nulle par notre convention). Toute l'énergie potentielle de départ a donc été convertie en énergie cinétique.

Mini-Cours (approfondissement théorique)

Cette conversion d'énergie est la manifestation du travail de la force de pesanteur (le poids). En descendant, le poids effectue un travail "moteur" (il aide le mouvement), ce qui augmente l'énergie cinétique du système. Le travail du poids entre A et B est exactement égal à la variation d'énergie cinétique, $W_{AB}(\vec{P}) = E_{c,B} - E_{c,A}$.

Remarque Pédagogique (le conseil du professeur)

C'est le moment clé de la résolution ! On fait le "bilan comptable" de l'énergie au point d'arrivée. On connaît le total en banque (l'énergie mécanique), on sait combien il y a sur le "compte potentiel" (zéro !), on peut donc en déduire combien il y a sur le "compte cinétique".

Normes (la référence réglementaire)

Ce type de bilan énergétique est une procédure standard dans de nombreux domaines de l'ingénierie, notamment en thermodynamique pour analyser l'efficacité des moteurs, ou en génie chimique pour étudier les réactions. Le premier principe de la thermodynamique est d'ailleurs une formulation plus générale de la conservation de l'énergie.

Formule(s) (l'outil mathématique)

On utilise la conservation de l'énergie mécanique entre les points A et B :

E_{m,A} = E_{m,B} \Rightarrow E_{p,A} + E_{c,A} = E_{p,B} + E_{c,B}

Hypothèses (le cadre du calcul)

On continue de supposer que les frottements sont nuls et que l'énergie mécanique est conservée. On utilise aussi l'hypothèse posée à la question 1 : l'énergie potentielle est nulle au point B.

Donnée(s) (les chiffres d'entrée)

Énergie mécanique totale, $E_m = 1765.8 \, \text{J}$ (calcul Q2)
Hauteur au point B, $h_B = 0 \, \text{m}$ (par convention)

Astuces(Pour aller plus vite)

Puisqu'on part de l'arrêt ($E_{c,A}=0$) et qu'on arrive à l'altitude de référence ($E_{p,B}=0$), l'équation de conservation se simplifie énormément en $E_{p,A} = E_{c,B}$. L'énergie cinétique finale est tout simplement égale à l'énergie potentielle initiale.

Schéma (Avant les calculs)

Bilan Énergétique en B

Calcul(s) (l'application numérique)

1. On calcule l'énergie potentielle au point B :

\begin{aligned} E_{p,B} &= m \cdot g \cdot h_B \\ &= 60 \cdot 9.81 \cdot 0 \\ &= 0 \, \text{J} \end{aligned}

2. On utilise la conservation de l'énergie pour trouver $E_{c,B}$ :

\begin{aligned} E_{c,B} &= E_m - E_{p,B} \\ &= 1765.8 \, \text{J} - 0 \, \text{J} \\ &= 1765.8 \, \text{J} \end{aligned}

Schéma (Après les calculs)

Transfert d'Énergie

Réflexions (l'interprétation du résultat)

En bas de la rampe, toute l'énergie "potentielle" de hauteur s'est transformée en énergie "cinétique" de mouvement. Le skateur a "dépensé" son altitude pour "acheter" de la vitesse.

Points de vigilance (les erreurs à éviter)

Il faut bien s'assurer que l'énergie potentielle au point B est nulle. Si le point d'arrivée n'était pas au niveau de référence, il resterait de l'énergie potentielle et l'énergie cinétique serait plus faible.

Points à retenir (permettre a l'apprenant de maitriser la question)

La conservation de l'énergie s'écrit $E_{m,A} = E_{m,B}$.
En bas de la descente, l'énergie potentielle est convertie en énergie cinétique.
L'énergie cinétique finale est égale à l'énergie mécanique totale si $E_{p,B} = 0$.

Le saviez-vous ? (la culture de l'ingénieur)

Dans les montagnes russes, le premier wagon est tracté lentement jusqu'au point le plus haut. Toute la suite du parcours se fait sans moteur, uniquement par conversion de l'énergie potentielle initiale en énergie cinétique dans les descentes, puis de nouveau en énergie potentielle dans les montées.

FAQ (pour lever les doutes)

Résultat Final (la conclusion chiffrée)

L'énergie cinétique du skateur au point B est d'environ 1766 J.

A vous de jouer(pour verifier la comprehension de l'etudiant parrapport a la question)

Si l'énergie mécanique était de 2000 J, quelle serait l'énergie cinétique au point B (en J) ?

Question 4 : Calculer la vitesse finale du skateur

Principe (le concept physique)

Maintenant que nous connaissons l'énergie cinétique du skateur en bas de la rampe, nous pouvons utiliser la définition même de l'énergie cinétique pour en extraire la seule inconnue : sa vitesse. C'est l'étape finale qui relie l'énergie au mouvement concret et mesurable.

Mini-Cours (approfondissement théorique)

La formule $E_c = \frac{1}{2}mv^2$ montre que l'énergie cinétique n'est pas proportionnelle à la vitesse, mais à son carré. Cela signifie que pour doubler la vitesse, il faut fournir quatre fois plus d'énergie. C'est pourquoi les accidents de la route sont beaucoup plus graves à haute vitesse : l'énergie à dissiper lors du choc augmente très rapidement.

Remarque Pédagogique (le conseil du professeur)

C'est comme "déballer" l'énergie cinétique pour trouver la vitesse qui est "cachée" à l'intérieur. La formule nous donne la recette pour le faire. Chaque étape de la manipulation de la formule (multiplier par 2, diviser par m, prendre la racine) est une étape pour isoler ce que l'on cherche.

Normes (la référence réglementaire)

La conversion entre m/s et km/h est une compétence de base. Le facteur 3.6 vient du fait qu'il y a 3600 secondes dans une heure et 1000 mètres dans un kilomètre. Donc, 1 m/s = (1/1000) km / (1/3600) h = 3600/1000 km/h = 3.6 km/h. Connaître ce facteur est une norme de fait en physique.

Formule(s) (l'outil mathématique)

On part de la formule de l'énergie cinétique et on isole la vitesse $v_B$ :

E_{c,B} = \frac{1}{2} m v_B^2 \Rightarrow v_B = \sqrt{\frac{2 \cdot E_{c,B}}{m}}

Hypothèses (le cadre du calcul)

Toutes les hypothèses précédentes restent valables. On suppose que la masse du skateur reste constante pendant la descente.

Donnée(s) (les chiffres d'entrée)

Énergie cinétique en B, $E_{c,B} = 1765.8 \, \text{J}$ (calcul Q3)
Masse du skateur, $m = 60 \, \text{kg}$

Astuces(Pour aller plus vite)

On peut combiner les étapes. On sait que $E_{p,A} = E_{c,B}$, donc $mgh_A = \frac{1}{2}mv_B^2$. On peut simplifier par la masse $m$ de chaque côté ! Il reste $gh_A = \frac{1}{2}v_B^2$, soit $v_B = \sqrt{2gh_A}$. Cela montre que, sans frottements, la vitesse finale ne dépend que de la hauteur de chute, pas de la masse du skateur !

Schéma (Avant les calculs)

De l'Énergie à la Vitesse

Calcul(s) (l'application numérique)

1. Calculer la vitesse en m/s :

\begin{aligned} v_B &= \sqrt{\frac{2 \cdot E_{c,B}}{m}} \\ &= \sqrt{\frac{2 \cdot 1765.8}{60}} \\ &= \sqrt{58.86} \\ &\approx 7.67 \, \text{m/s} \end{aligned}

2. Convertir la vitesse en km/h (on multiplie par 3.6) :

\begin{aligned} v_B (\text{km/h}) &= 7.67 \, \text{m/s} \times 3.6 \\ &\approx 27.6 \, \text{km/h} \end{aligned}

Schéma (Après les calculs)

Vitesse Finale Calculée

Réflexions (l'interprétation du résultat)

Une vitesse de près de 28 km/h est tout à fait réaliste pour un skateur descendant une rampe de 3 mètres. Ce résultat confirme que notre modèle physique, bien que simple, est cohérent avec la réalité.

Points de vigilance (les erreurs à éviter)

Attention à ne pas oublier la racine carrée à la fin du calcul ! C'est une erreur très fréquente. Pensez aussi à l'ordre des opérations : d'abord la multiplication par 2 et la division par m, PUIS la racine carrée.

Points à retenir (permettre a l'apprenant de maitriser la question)

La vitesse est extraite de l'énergie cinétique via la formule $v = \sqrt{2E_c/m}$.
Sans frottements, la vitesse finale ne dépend pas de la masse.
Il faut être vigilant avec les unités et les conversions (m/s en km/h).

Le saviez-vous ? (la culture de l'ingénieur)

Le fait que la vitesse finale ne dépende pas de la masse (dans un monde sans frottements) a été l'une des grandes découvertes de Galilée. Il a compris que tous les objets, qu'ils soient lourds ou légers, chutent à la même vitesse. Une plume et une boule de bowling lâchées en même temps dans le vide arriveraient au sol simultanément.

FAQ (pour lever les doutes)

Résultat Final (la conclusion chiffrée)

La vitesse finale du skateur est d'environ 7.7 m/s, soit 27.6 km/h.

A vous de jouer(pour verifier la comprehension de l'etudiant parrapport a la question)

S'il descendait d'une rampe de 6 mètres (le double), quelle serait sa vitesse finale en m/s ? (Indice: elle n'est pas doublée !)

Outil Interactif : Paramètres de la Descente

Modifiez la hauteur de la rampe et la masse du skateur pour observer leur influence sur l'énergie et la vitesse finale.

Paramètres d'Entrée

Hauteur de la Rampe (m) 3.0 m

Masse du Skateur (kg) 60 kg

Planète (Pesanteur g)

Résultats Clés

Énergie Mécanique (J) -

Vitesse Finale (m/s) -

Vitesse Finale (km/h) -

Le Saviez-Vous ?

Le concept d'énergie cinétique ($E_c = \frac{1}{2}mv^2$) a été formalisé par le mathématicien et physicien français Gaspard-Gustave Coriolis au 19ème siècle. C'est le même scientifique qui a décrit la "force de Coriolis", un effet crucial pour comprendre la rotation des cyclones et les courants océaniques sur Terre.

Foire Aux Questions (FAQ)

Et si on ne néglige pas les frottements ?

En présence de frottements (avec l'air et la rampe), une partie de l'énergie mécanique est transformée en chaleur. L'énergie mécanique n'est plus conservée, elle diminue. L'énergie cinétique en bas sera donc plus faible que l'énergie potentielle de départ, et la vitesse finale sera inférieure à celle que nous avons calculée.

Est-ce que la forme de la rampe a une importance ?

Pour la vitesse finale, non ! Tant que la hauteur de départ et d'arrivée est la même, la vitesse finale sera identique, que la pente soit douce ou très abrupte. En revanche, la forme de la rampe changera la durée de la descente et les sensations (l'accélération ressentie par le skateur).

Quiz Final : Testez vos connaissances

1. Un skateur de 80 kg et un autre de 40 kg partent de la même hauteur. En l'absence de frottements, lequel arrivera en bas avec la plus grande vitesse ?

Le skateur de 80 kg
Ils auront la même vitesse
Le skateur de 40 kg

2. Si on double la hauteur de départ de la rampe, la vitesse finale du skateur sera...

Doublée
Quadruplée
Multipliée par $\sqrt{2}$ (environ 1.4)

Énergie Potentielle de Pesanteur (Ep): Énergie stockée par un objet en raison de sa hauteur dans un champ de pesanteur. Unité : Joule (J).
Énergie Cinétique (Ec): Énergie que possède un objet en raison de son mouvement. Elle dépend de la masse et de la vitesse. Unité : Joule (J).
Énergie Mécanique (Em): Somme de l'énergie potentielle et de l'énergie cinétique. En l'absence de frottements, elle se conserve au cours du mouvement.

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Mouvement d’une voiture de course

Physique niveau seconde

Mouvement d’une voiture de course Mouvement d’une voiture de course Contexte : L'étude du mouvement en ligne droite. La cinématique est la branche de la physique qui décrit le mouvement des objets sans se préoccuper des causes qui le provoquent. L'un des mouvements...

Calcul de la Taille d’Image à l’Aide des Lentilles

Physique niveau seconde

Calcul de la Taille d’Image à l’Aide des Lentilles Calcul de la Taille d’Image à l’Aide des Lentilles Contexte : Le monde à travers les lentilles. L'optique géométrique est la branche de la physique qui étudie comment la lumière se propage et forme des images. Les...

Chute Libre d’une Balle de Tennis

Physique niveau seconde

Chute Libre d’une Balle de Tennis en Physique Chute Libre d’une Balle de Tennis Contexte : Modéliser le mouvement, une compétence clé en physique. La chute libre est l'un des premiers mouvements que l'on étudie en dynamique. Il décrit le mouvement d'un objet soumis...

Calcul de la Pression dans un Réservoir

Physique niveau seconde

Calcul de la Pression dans un Réservoir Calcul de la Pression dans un Réservoir Contexte : La physique sous pression dans l'industrie. Les réservoirs sous pression sont omniprésents dans notre monde : bouteilles de gaz, chauffe-eau, extincteurs, réacteurs chimiques......

Étude de la cocotte-minute

Physique niveau seconde

Étude de la cocotte-minute Étude de la cocotte-minute Contexte : La physique cachée dans notre cuisine. La cocotte-minute, ou "autocuiseur", est un ustensile de cuisine qui permet de cuire les aliments beaucoup plus rapidement qu'une casserole traditionnelle. Ce gain...

Calcul de la pression acoustique

Physique niveau seconde

Calcul de la pression acoustique Calcul de la pression acoustique Contexte : Le monde sonore qui nous entoure. L'acoustique est la science du son. Comprendre comment quantifier un son est essentiel dans de nombreux domaines : pour lutter contre la pollution sonore,...

Calcul de la résistance d’un conducteur ohmique

Physique niveau seconde

Calcul de la Résistance d’un Conducteur Ohmique Calcul de la Résistance d’un Conducteur Ohmique Contexte : Les lois fondamentales de l'électricité. En électricité, la résistance est une grandeur fondamentale qui caractérise la capacité d'un matériau à s'opposer au...

Caractéristiques Électriques d’une Pile Plate

Physique niveau seconde

Caractéristiques Électriques d’une Pile Plate Caractéristiques Électriques d’une Pile Plate Contexte : Au cœur du générateur. Une pile ou une batterie ne sont pas des générateurs "parfaits". Si une pile neuve de 4,5 V est indiquée sur l'emballage, la tension que l'on...

Étude de l’Intensité et de la Tension

Physique niveau seconde

Étude de l’Intensité et de la Tension Étude de l’Intensité et de la Tension Contexte : Les fondations de l'électricité. En physique, la compréhension des circuits électriques est fondamentale. Savoir analyser les relations entre la tensionLa tension électrique (U),...

Calcul des Longueurs d’Onde de la Lumière

Physique niveau seconde

Calcul des Longueurs d’Onde de la Lumière Calcul des Longueurs d’Onde de la Lumière Contexte : L'astronomie, un voyage dans la lumière. La lumière qui nous parvient des étoiles est une mine d'informations. En analysant son spectre, les astronomes peuvent déterminer la...

Analyse du mouvement d’un projectile

Physique niveau seconde

Analyse du mouvement d’un projectile Analyse du mouvement d’un projectile Contexte : La balistique, science du mouvement. En physique, l'étude du mouvement d'un projectileTrajectoire d'un objet lancé dans un champ de pesanteur, en ne considérant que l'effet de la...

Calcul de la Masse Volumique du Cuivre

Physique niveau seconde

Calcul de la Masse Volumique du Cuivre Calcul de la Masse Volumique du Cuivre Contexte : Identifier un matériau par ses propriétés. La masse volumiqueNotée ρ (rhô), la masse volumique est une grandeur physique qui caractérise la masse d'un matériau par unité de...

Lancement d’une fusée artisanale

Physique niveau seconde

Lancement d’une fusée artisanale Lancement d’une fusée artisanale Contexte : La conquête du ciel, une application de la physique fondamentale. Le lancement d'une fusée, même d'un modèle réduit, est une démonstration spectaculaire des principes de la mécanique de...

Calcul du centre de charge d’une grue

Physique niveau seconde

Calcul du centre de charge d’une grue Calcul du centre de charge d’une grue Contexte : L'équilibre des forces, un défi quotidien sur les chantiers. Les grues sont des outils indispensables sur les chantiers de construction, capables de soulever des charges de...

Vitesse d’un point par rapport au châssis

Physique niveau seconde

Physique : Vitesse d’un point par rapport au châssis Vitesse d’un point par rapport au châssis Contexte : La complexité cachée d'une roue qui tourne. Le mouvement est relatif. La vitesse d'un objet dépend de l'observateur, ou plus précisément, du référentielObjet ou...

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$Lois de la Réfraction$