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Une pomme de masse 200 g est suspendue à une branche, à 3,0 m au-dessus du sol (niveau de référence). Calculer son énergie potentielle de pesanteur. Prendre g = 10 N/kg.
On convertit la masse : m = 200 g = 0,200 kg. On applique Ep = m × g × h = 0,200 × 10 × 3,0 = 6,0 J. La pomme possède donc 6,0 J d'énergie potentielle par rapport au sol. Si elle tombe, cette énergie sera convertie en énergie cinétique.
Une pierre de masse 0,50 kg est lâchée sans vitesse initiale d'une hauteur de 4,0 m. En négligeant les frottements, calculer son énergie potentielle initiale, puis son énergie cinétique juste avant l'impact. Que devient l'énergie si l'air exerce des frottements ?
Au départ : Ep = 0,50 × 10 × 4,0 = 20 J et Ec = 0 J (vitesse nulle), donc Em = 20 J. Sans frottements, Em reste constante. Juste avant l'impact, h = 0 donc Ep = 0 J et Ec = 20 J : toute l'énergie potentielle a été convertie en énergie cinétique. Avec des frottements, Ec serait inférieure à 20 J : la différence est dissipée sous forme d'énergie thermique (échauffement de l'air et de la pierre).
Un livre de 1,5 kg est posé sur une étagère à 2,0 m du sol. Calculer son énergie potentielle de pesanteur par rapport au sol (g = 10 N/kg).
Ep = 30 J
On calcule Ep = m × g × h = 1,5 × 10 × 2,0 = 30 J. La masse est déjà en kg et la hauteur en m, donc le résultat est directement en joules, par rapport au sol pris comme référence.
Une balle de 100 g est lâchée d'une hauteur de 5,0 m sans frottements. Quelle est son énergie cinétique juste avant de toucher le sol ? (g = 10 N/kg)
Ec = 5,0 J
m = 100 g = 0,100 kg. Ep initiale = 0,100 × 10 × 5,0 = 5,0 J, et Ec initiale = 0. Sans frottements, Em = 5,0 J se conserve. Au sol, Ep = 0, donc Ec = 5,0 J.
Un skieur descend une piste : son énergie mécanique à l'arrivée est plus faible qu'au départ. Expliquer pourquoi, en citant la forme d'énergie qui apparaît.
Une partie de l'énergie mécanique est dissipée en énergie thermique par les frottements.
Les frottements de la neige et de l'air s'opposent au mouvement et échauffent la neige, les skis et l'air. L'énergie mécanique Em = Ec + Ep diminue, mais l'énergie totale se conserve : la différence est transférée à l'environnement sous forme thermique.
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