Énergie Cinétique d’une Voiture en Mouvement

Énergie Cinétique d’une Voiture en Mouvement

L'Énergie en Mouvement : Cas d'une Voiture

Qu'est-ce que l'énergie cinétique ?

Quand un objet est en mouvement, il possède une forme d'énergie appelée énergie cinétique. Pense à une voiture qui roule : plus elle est lourde (grande masse) et plus elle va vite (grande vitesse), plus elle a d'énergie cinétique. Cette énergie est importante car elle est liée à la capacité de l'objet à faire un travail ou à causer des changements lors d'une interaction (par exemple, lors d'un freinage ou d'une collision). En physique, on peut calculer cette énergie si on connaît la masse et la vitesse de l'objet.

La Voiture de Papa sur l'Autoroute

La famille de Tom part en vacances. Leur voiture roule sur l'autoroute à une vitesse constante.

Caractéristiques de la voiture et de son mouvement :

  • Masse de la voiture (avec passagers et bagages) (\(m\)) : \(1,5 \, \text{tonnes (t)}\).
  • Vitesse de la voiture (\(v\)) : \(108 \, \text{kilomètres par heure (km/h)}\).

Pour calculer l'énergie cinétique dans le Système International, nous devons utiliser la masse en kilogrammes (kg) et la vitesse en mètres par seconde (m/s). L'énergie sera alors exprimée en Joules (J).

Schéma : Voiture en mouvement sur l'autoroute
Voiture (1,5t ; 108km/h) Énergie Cinétique de la Voiture

La voiture possède de l'énergie grâce à son mouvement.


Questions à traiter

  1. Quelle est la formule de l'énergie cinétique (\(E_c\)) ?
  2. Convertis la masse de la voiture de tonnes (t) en kilogrammes (kg). (Rappel : \(1 \, \text{t} = 1000 \, \text{kg}\)).
  3. Convertis la vitesse de la voiture de kilomètres par heure (km/h) en mètres par seconde (m/s). (Rappel : pour convertir des km/h en m/s, on divise par 3,6).
  4. Maintenant que tu as la masse en kg et la vitesse en m/s, calcule l'énergie cinétique (\(E_c\)) de la voiture. Exprime le résultat en Joules (J).
  5. Si la voiture freine et que sa vitesse est divisée par deux (soit \(54 \, \text{km/h}\)), que devient son énergie cinétique ? (Recalcule-la après avoir converti la nouvelle vitesse en m/s). Par combien l'énergie cinétique a-t-elle été divisée ?
  6. Pourquoi est-il beaucoup plus dangereux d'avoir un accident à grande vitesse ? Utilise le concept d'énergie cinétique pour expliquer.

Correction : L'Énergie en Mouvement : Cas d'une Voiture

Question 1 : Formule de l'énergie cinétique

Réponse :

La formule pour calculer l'énergie cinétique (\(E_c\)) d'un objet est :

\[ E_c = \frac{1}{2} \times m \times v^2 \]

Où \(m\) est la masse de l'objet et \(v\) est sa vitesse.

Question 2 : Conversion de la masse

Donnée :
  • Masse de la voiture : \(1,5 \, \text{t}\)
Calcul :
\[ m = 1,5 \, \text{t} \times 1000 \, \text{kg/t} = 1500 \, \text{kg} \]
Résultat Question 2 : La masse de la voiture est de \(1500 \, \text{kg}\).

Question 3 : Conversion de la vitesse

Donnée :
  • Vitesse de la voiture : \(108 \, \text{km/h}\)
Calcul :
\[ v = \frac{108 \, \text{km/h}}{3,6} = 30 \, \text{m/s} \]

Autre méthode : \(108 \, \text{km/h} = 108 \times \frac{1000 \, \text{m}}{3600 \, \text{s}} = \frac{108000}{3600} \, \text{m/s} = 30 \, \text{m/s}\).

Résultat Question 3 : La vitesse de la voiture est de \(30 \, \text{m/s}\).

Question 4 : Calcul de l'énergie cinétique

Données :
  • Masse (\(m\)) : \(1500 \, \text{kg}\)
  • Vitesse (\(v\)) : \(30 \, \text{m/s}\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} E_c &= \frac{1}{2} \times m \times v^2 \\ &= \frac{1}{2} \times 1500 \, \text{kg} \times (30 \, \text{m/s})^2 \\ &= \frac{1}{2} \times 1500 \, \text{kg} \times 900 \, (\text{m/s})^2 \\ &= 750 \times 900 \, \text{J} \\ &= 675 \, 000 \, \text{J} \end{aligned} \]

L'énergie cinétique peut aussi s'écrire \(675 \, \text{kJ}\) (kilojoules), car \(1 \, \text{kJ} = 1000 \, \text{J}\).

Résultat Question 4 : L'énergie cinétique de la voiture est de \(675 \, 000 \, \text{J}\) (ou \(675 \, \text{kJ}\)).

Quiz Intermédiaire 1 : Si un objet de \(4 \, \text{kg}\) se déplace à \(5 \, \text{m/s}\), son énergie cinétique est de :

Question 5 : Énergie cinétique si la vitesse est divisée par deux

Nouvelle vitesse :

Nouvelle vitesse (\(v'\)) = \(108 \, \text{km/h} \div 2 = 54 \, \text{km/h}\).

Conversion de la nouvelle vitesse en m/s :
\[ v' = \frac{54 \, \text{km/h}}{3,6} = 15 \, \text{m/s} \]
Données :
  • Masse (\(m\)) : \(1500 \, \text{kg}\)
  • Nouvelle vitesse (\(v'\)) : \(15 \, \text{m/s}\)
Calcul de la nouvelle énergie cinétique (\(E_c'\)) :
\[ \begin{aligned} E_c' &= \frac{1}{2} \times m \times (v')^2 \\ &= \frac{1}{2} \times 1500 \, \text{kg} \times (15 \, \text{m/s})^2 \\ &= \frac{1}{2} \times 1500 \, \text{kg} \times 225 \, (\text{m/s})^2 \\ &= 750 \times 225 \, \text{J} \\ &= 168 \, 750 \, \text{J} \end{aligned} \]
Comparaison :

L'énergie cinétique initiale était de \(675 \, 000 \, \text{J}\). La nouvelle énergie cinétique est de \(168 \, 750 \, \text{J}\).

Pour savoir par combien l'énergie a été divisée : \( \frac{675 \, 000 \, \text{J}}{168 \, 750 \, \text{J}} = 4 \).

L'énergie cinétique a été divisée par 4. C'est logique, car si la vitesse est divisée par 2, son carré (\(v^2\)) est divisé par \(2^2 = 4\).

Question 6 : Danger d'une grande vitesse

Réponse :

Il est beaucoup plus dangereux d'avoir un accident à grande vitesse car l'énergie cinétique d'un véhicule augmente très rapidement avec la vitesse (elle augmente avec le carré de la vitesse, \(v^2\)).

  • Plus d'énergie à dissiper : En cas de collision, toute cette énergie cinétique doit être "absorbée" ou transformée, souvent sous forme de déformations du véhicule et, malheureusement, des passagers. Plus l'énergie est grande, plus les déformations et les blessures potentielles sont importantes.
  • Distance de freinage plus longue : Il faut beaucoup plus de distance pour arrêter un véhicule qui a une grande énergie cinétique. Les freins doivent transformer cette énergie cinétique en chaleur.

Comme nous l'avons vu à la question 5, si on double la vitesse, l'énergie cinétique est quadruplée. Cela signifie que les conséquences d'un choc peuvent être quatre fois plus graves, et la distance de freinage est aussi beaucoup plus grande.

Quiz Intermédiaire 2 : Si deux voitures identiques (même masse) roulent, mais que la voiture A roule deux fois plus vite que la voiture B, l'énergie cinétique de la voiture A est :


Quiz Rapide : Testez vos connaissances (Récapitulatif)

1. L'unité de l'énergie cinétique dans le Système International est :

2. Si la masse d'un objet diminue de moitié et que sa vitesse reste constante, son énergie cinétique :

3. Pour calculer l'énergie cinétique, la vitesse doit être exprimée en :


Glossaire

Énergie Cinétique (\(E_c\))
L'énergie que possède un objet en raison de son mouvement. Elle dépend de la masse de l'objet et du carré de sa vitesse.
Masse (m)
Quantité de matière contenue dans un objet. Unité SI : kilogramme (kg).
Vitesse (v)
Rapidité et direction du déplacement d'un objet. Unité SI : mètre par seconde (m/s).
Joule (J)
Unité de mesure de l'énergie dans le Système International (SI). \(1 \, \text{J} = 1 \, \text{kg} \cdot \text{m}^2/\text{s}^2\).
Kilogramme (kg)
Unité de base de la masse dans le Système International.
Mètre par seconde (\(\text{m/s}\))
Unité de base de la vitesse dans le Système International.
Tonne (t)
Unité de masse valant \(1000\) kilogrammes.
Kilomètre par heure (\(\text{km/h}\))
Unité de vitesse courante, souvent utilisée pour les véhicules. \(1 \, \text{m/s} = 3,6 \, \text{km/h}\).
Conversion d'unités
Processus de changement d'une mesure d'une unité à une autre (par exemple, de km/h à m/s, ou de tonnes à kg).
Calcul de l’Énergie Cinétique d’une Voiture en Mouvement - Exercice d'Application

D’autres exercices de physique 4 ème:

Adapter un dipôle à un générateur
Adapter un dipôle à un générateur

Adapter un dipôle à un générateur Adapter un dipôle à un générateur Le Bon Courant pour la Bonne Lampe Quand tu branches un appareil électrique, comme une lampe ou un moteur, il ne faut pas le faire n'importe comment. Chaque appareil (qu'on appelle un dipôle...

Mesurer une résistance
Mesurer une résistance

Mesurer une résistance : l'ohmmètre ou le code couleur Mesurer une résistance : l'ohmmètre ou le code couleur Comment Connaître la Valeur d'un Résistor ? En électronique, un résistor (aussi appelé "résistance") est un composant essentiel qui sert à limiter le passage...

Lois de la tension dans les circuits électriques
Lois de la tension dans les circuits électriques

Lois de la tension dans les circuits électriques (série et dérivation) Lois de la tension dans les circuits électriques (série et dérivation) La Tension Électrique : une Différence à Mesurer En électricité, la tension est une grandeur qui représente la "force" ou la...

Calcul de la vitesse moyenne de Léa
Calcul de la vitesse moyenne de Léa

La Course de Léa : Calcul de Vitesse Moyenne ! La Course de Léa : Calcul de Vitesse Moyenne ! Prête à sprinter ? Calculons à quelle vitesse Léa court ! Léa s'entraîne pour la course de l'école. Elle veut savoir si elle progresse et à quelle vitesse moyenne elle court....

Application de la loi d’Ohm
Application de la loi d’Ohm

Application de la Loi d’Ohm La Loi d'Ohm : Tension, Courant et Résistance en Action ! Le chef d'orchestre des circuits électriques : la résistance ! Dans un circuit électrique, la tension pousse le courant, mais il y a souvent quelque chose qui s'oppose à ce passage...

Calcul de la pression atmosphérique
Calcul de la pression atmosphérique

La Pression Atmosphérique : Une Force Invisible ! La Pression Atmosphérique : Une Force Invisible ! L'air qui nous entoure pèse sur nous, c'est la pression atmosphérique ! Même si on ne la sent pas directement tout le temps, l'air qui compose l'atmosphère de la Terre...

La Vitesse et la Trajectoire
La Vitesse et la Trajectoire

Vitesse et Trajectoire : Sur la Piste des Champions ! Vitesse et Trajectoire : Sur la Piste des Champions ! Un ballon qui vole, une voiture qui roule... Comment décrire leur mouvement ? Quand un objet se déplace, il suit un chemin appelé trajectoire et il le fait avec...

Calcul du Poids d’Objets Courants
Calcul du Poids d’Objets Courants

Calcul du Poids d’Objets Courants Combien ça Pèse ? Calculons le Poids ! Masse et Poids : Deux cousins pas si éloignés ! Tu as déjà entendu parler de la masse d'un objet, c'est la quantité de matière qu'il contient et on la mesure en kilogrammes (kg) ou en grammes...

Circuit en Série et Circuit en Parallèle
Circuit en Série et Circuit en Parallèle

Circuit en Série et Circuit en Parallèle Série ou Parallèle : Comment Brancher pour que ça Marche ? Un seul chemin ou plusieurs routes pour le courant ? Quand tu construis un circuit électrique, la manière dont tu branches les différents composants (appelés dipôles,...

Calcul de Résistance et de Tension
Calcul de Résistance et de Tension

Le Casse-Tête Électrique : Calculs de Résistance et de Tension ! Le Casse-Tête Électrique : Calculs de Résistance et de Tension ! Un circuit, une pile, des lampes... Comment l'électricité se comporte-t-elle ? Les circuits électriques sont la base de nombreux appareils...

Calcul de Vitesse et de Travail en Rafting
Calcul de Vitesse et de Travail en Rafting

Calcul de Vitesse et de Travail en Rafting L'Aventure en Rafting : Vitesse et Travail des Forces Pagayer contre le courant : une question de forces et d'énergie ! Faire du rafting, c'est descendre une rivière agitée à bord d'un radeau pneumatique. Pour diriger le raft...

Mesure de la vitesse du son dans l’air
Mesure de la vitesse du son dans l’air

Mesure de la Vitesse du Son dans l’Air À la Poursuite du Son : Mesurons sa Vitesse ! Le son voyage-t-il instantanément ? Pas si vite ! Tu as déjà vu un éclair et attendu quelques secondes avant d'entendre le tonnerre ? Ce décalage nous montre que le son ne se déplace...

Le Mouvement Uniformément Accéléré
Le Mouvement Uniformément Accéléré

Le Mouvement Uniformément Accéléré Le Démarrage en Trombe : Mouvement Uniformément Accéléré Quand la vitesse change régulièrement ! Tu as déjà vu une voiture démarrer à un feu rouge ? Au début, elle est immobile, puis sa vitesse augmente de plus en plus. Si cette...

Courant et Puissance dans un Circuit
Courant et Puissance dans un Circuit

Courant et Puissance dans un Circuit Électrique L'Énergie d'une Lampe de Poche : Courant, Puissance et Durée Comment une petite pile peut-elle allumer une ampoule ? Tu utilises sûrement des appareils électriques tous les jours : une lampe de poche, une télécommande,...

Calcul de Puissance et Efficacité
Calcul de Puissance et Efficacité

Puissance et Efficacité : L'Énergie en Action ! Puissance et Efficacité : L'Énergie en Action ! Rapide et efficace ? Ou lent et gaspilleur ? Découvrons la puissance et l'efficacité ! Quand tu utilises un appareil électrique, comme une bouilloire pour chauffer de...

Vitesse de la Lumière et Temps de Propagation
Vitesse de la Lumière et Temps de Propagation

Vitesse de la Lumière et Temps de Propagation Voyage à la Vitesse de la Lumière : Du Soleil aux Confins du Système Solaire La lumière : la voyageuse la plus rapide de l'Univers ! La lumière du Soleil nous éclaire chaque jour, mais sais-tu combien de temps elle met...

Tension et Courant dans un Circuit Série
Tension et Courant dans un Circuit Série

Mystères du Circuit Série : Tension et Courant à la Loupe ! Mystères du Circuit Série : Tension et Courant à la Loupe ! Un seul chemin pour le courant, mais comment se partagent la tension et l'intensité ? Imagine une guirlande de Noël où toutes les ampoules sont...

Le Voyage à Vélo de Léa
Le Voyage à Vélo de Léa

Le Voyage à Vélo de Léa L'Aventure à Vélo de Léa : Analyse de son Parcours À quelle vitesse pédale Léa ? Quand on fait du vélo, notre vitesse change souvent. On peut rouler vite sur du plat, ralentir dans une montée, ou prendre une pause pour boire un coup. La vitesse...

Calcul de la Vitesse d’un Cycliste
Calcul de la Vitesse d’un Cycliste

Calcul de la Vitesse d’un Cycliste Léo le Cycliste : À Fond la Forme ! À quelle vitesse roule Léo ? Calculons ensemble ! La vitesse est une grandeur que l'on utilise tous les jours : la vitesse d'une voiture, d'un coureur, ou même la vitesse à laquelle tu marches pour...

Étude d’une Lentille Convergente
Étude d’une Lentille Convergente

La Magie des Lentilles : Comment se forment les images ? La Magie des Lentilles : Comment se forment les images ? Loupes, lunettes, appareils photo... Les lentilles sont partout et transforment la lumière ! Une lentille convergente est un morceau de verre ou de...

Calcul de l’énergie cinétique
Calcul de l’énergie cinétique

Calcul de l’Énergie Cinétique L'Énergie du Mouvement : Calculons l'Énergie Cinétique ! Qu'est-ce que l'énergie cinétique ? Tous les objets en mouvement possèdent une forme d'énergie appelée énergie cinétique. Plus un objet est lourd (a une grande masse) et plus il va...

La Vitesse et la Trajectoire
La Vitesse et la Trajectoire

Vitesse et Trajectoire : Sur la Piste des Champions ! Vitesse et Trajectoire : Sur la Piste des Champions ! Un ballon qui vole, une voiture qui roule... Comment décrire leur mouvement ? Quand un objet se déplace, il suit un chemin appelé trajectoire et il le fait avec...

Calcul du Poids d’Objets Courants
Calcul du Poids d’Objets Courants

Calcul du Poids d’Objets Courants Combien ça Pèse ? Calculons le Poids ! Masse et Poids : Deux cousins pas si éloignés ! Tu as déjà entendu parler de la masse d'un objet, c'est la quantité de matière qu'il contient et on la mesure en kilogrammes (kg) ou en grammes...

Circuit en Série et Circuit en Parallèle
Circuit en Série et Circuit en Parallèle

Circuit en Série et Circuit en Parallèle Série ou Parallèle : Comment Brancher pour que ça Marche ? Un seul chemin ou plusieurs routes pour le courant ? Quand tu construis un circuit électrique, la manière dont tu branches les différents composants (appelés dipôles,...

Calcul de Résistance et de Tension
Calcul de Résistance et de Tension

Le Casse-Tête Électrique : Calculs de Résistance et de Tension ! Le Casse-Tête Électrique : Calculs de Résistance et de Tension ! Un circuit, une pile, des lampes... Comment l'électricité se comporte-t-elle ? Les circuits électriques sont la base de nombreux appareils...

Calcul de Vitesse et de Travail en Rafting
Calcul de Vitesse et de Travail en Rafting

Calcul de Vitesse et de Travail en Rafting L'Aventure en Rafting : Vitesse et Travail des Forces Pagayer contre le courant : une question de forces et d'énergie ! Faire du rafting, c'est descendre une rivière agitée à bord d'un radeau pneumatique. Pour diriger le raft...

Mesure de la vitesse du son dans l’air
Mesure de la vitesse du son dans l’air

Mesure de la Vitesse du Son dans l’Air À la Poursuite du Son : Mesurons sa Vitesse ! Le son voyage-t-il instantanément ? Pas si vite ! Tu as déjà vu un éclair et attendu quelques secondes avant d'entendre le tonnerre ? Ce décalage nous montre que le son ne se déplace...

0 commentaires
Soumettre un commentaire

Votre adresse e-mail ne sera pas publiée. Les champs obligatoires sont indiqués avec *