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Une bille est lâchée sans vitesse du haut d'un toboggan. On néglige les frottements. Décris l'évolution de ses énergies entre le haut et le bas, et compare l'énergie mécanique au départ et à l'arrivée.
Au départ, la bille est en hauteur et immobile : son énergie potentielle est maximale et son énergie cinétique est nulle. Pendant la descente, l'altitude diminue donc l'énergie potentielle diminue, alors que la vitesse augmente donc l'énergie cinétique augmente : il y a conversion d'énergie potentielle en énergie cinétique. En bas, l'énergie potentielle est minimale et l'énergie cinétique maximale. Sans frottements, rien n'est dissipé : l'énergie mécanique Em = Ec + Ep reste constante, elle est la même au départ et à l'arrivée.
Une cycliste lance son vélo dans une descente puis s'arrête en bas en freinant. Décris les conversions d'énergie pendant la descente, puis pendant le freinage, et explique pourquoi elle ne peut pas remonter à la même hauteur sans pédaler.
Pendant la descente, l'énergie potentielle diminue et se convertit surtout en énergie cinétique (elle accélère), avec une petite part dissipée par les frottements de l'air et du roulement. Pendant le freinage, l'énergie cinétique diminue jusqu'à zéro : elle est transférée aux freins et aux roues sous forme d'énergie thermique (les freins chauffent). Cette énergie thermique est dissipée dans l'environnement et ne peut pas être réutilisée pour remonter. L'énergie mécanique a donc diminué : sans pédaler, la cycliste ne retrouve pas son altitude de départ.
Une pierre est lancée verticalement vers le haut. Décris les conversions d'énergie pendant la montée, puis la descente, en négligeant les frottements.
Montée : l'énergie cinétique diminue et se convertit en énergie potentielle ; au point le plus haut, la vitesse est nulle donc Ec = 0 et Ep est maximale. Descente : Ep diminue et se convertit en Ec.
La pierre ralentit en montant, donc son énergie cinétique baisse, tandis que son altitude augmente, donc son énergie potentielle croît. Au sommet, elle s'arrête un instant : toute l'énergie mécanique est potentielle. Sans frottements, Em reste constante et la conversion s'inverse à la descente.
Un skateur descend une rampe et arrive en bas plus lentement que prévu par un calcul sans frottements. Explique cette différence avec le vocabulaire de l'énergie.
Une partie de l'énergie mécanique a été dissipée en énergie thermique par les frottements (air, roues, sol), donc moins d'énergie potentielle a été convertie en énergie cinétique.
Le calcul sans frottements suppose que toute l'énergie potentielle devient cinétique. En réalité, les frottements chauffent légèrement les roues et l'air : cette énergie thermique est perdue pour le mouvement, la vitesse finale est donc plus faible que prévu.
Pour un pendule qui oscille, à quel moment l'énergie cinétique est-elle maximale ? À quel moment l'énergie potentielle l'est-elle ? Justifie.
L'énergie cinétique est maximale au point le plus bas (vitesse la plus grande) ; l'énergie potentielle est maximale aux deux extrémités de l'oscillation (point le plus haut, vitesse nulle).
Au point bas, l'altitude est minimale donc Ep est minimale et la vitesse maximale donc Ec est maximale. Aux extrémités, le pendule s'arrête un instant : Ec = 0 et l'altitude est maximale. Les énergies se convertissent en permanence l'une en l'autre.
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