X a pour but de vérifier une expérience faite sur Mars. Une
boule de pétanque et une balle de Tennis tombent à la même vitesse. Est-ce le
même phénomène sur la Terre.(
pas de relation simple entre le poids et la vitesse)
Objectifs/
Energie de
position.( plus la hauteur est grande et plus l’énergie est grande)
( plus la masse est grande et plus
l’énergie est grande)
Energie
cinétique. (plus la vitesse est grande et plus l’énergie est grande)
(plus la masse est grande et plus
l’énergie est grande)
Exploiter Ec = 0.5*m*v*v
Conservation
de l’énergie mécanique. (transformation de l’énergie de position de l’eau dans
un barrage en énergie cinétique puis en énergie électrique)
anip
sur la chute des corps. test comparatif de l’énergie en fin de chute (
écrasement de cylindre de pâte à modeler ou enfoncement dans un bécher avec du sable) ou système a deux pendules
|
Masse
|
20 g
|
20 g
|
40 g
|
40 g
|
60 g
|
60 g
|
80g
|
80g
|
|
hauteur de chute
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10 cm
|
20 cm
|
10 cm
|
20 cm
|
10 cm
|
20 cm
|
10 cm
|
20 cm
|
|
énergie
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Variation de la hauteur.
Variation de la masse.
Conclusion l’énergie de position augmente avec la hauteur et
la masse.
Manip sur la transformation de l’énergie de position en énergie de mouvement : étude du barrage.
( pb avec masse ponctuelle et fluide)
Manip de la bille pour vérifier la conservation de l’énergie
mécanique.
Départ
Arrivée
Mesure de la hauteur. (On incline plus ou moins la goulotte)
Mesure de la vitesse ( mesure de la durée pour une distance
d’un mètre sur la table )
1) Faire des mesures pour différentes hauteurs avec une bille ( 3 mesures par hauteur)
Calculer le rapport V*V/H
pour vérifier la conservation de l’énergie.
2) Donner la formule de Ec. puis demander aux élèves de
trouver la hauteur a laquelle ils
doivent placer la voiture sachant que Ec = 15 *h (en admettant que la voiture
fasse 15 g
on a la hauteur en cm) les groupes ont le droit à 3 essais.
Conclusion dire que
la somme des deux énergies se nomme énergie mécanique.
Introduire la notion de Ec = 0.5*m*v*v dans un texte sur la
sécurité routière.
( plus la vitesse est
grande et plus l’énergie est grande)
( plus la masse est
grande et plus l’énergie est grande)
Distance de freinage
et la sécurité routière.
La distance de freinage pour une moto est représentée dans
les tableaux suivants en fonction de la vitesse.
|
Vitesse
en km/h
|
10
|
20
|
30
|
50
|
70
|
90
|
100
|
110
|
|
Distance
( m)
|
0.5
|
2
|
4.5
|
12.5
|
24.5
|
40.5
|
50
|
60.5
|
Déformation texte écrit par Nicolas
Texte 1
Pour
schématiser, la structure de la voiture se déforme lors d’un choc pour absorber
l’énergie cinétique au fur et à mesure de la décélération et éviter que ce ne
soit la structure des personnes qui se trouvent à l’intérieur de l’habitacle
qui ne se déforme.
En
roulant, le véhicule emmagasine une énergie considérable. La formule de
Lavoisier « Rien ne se perd, rien ne se créé, tout se transforme » est
appropriée ici. L’énergie libérée par le moteur se transforme en chaleur, en
frottements et en mouvement.
L’énergie emmagasinée dans ce mouvement est l’énergie cinétique, que les physiciens calculent grâce à la formule Ec=1/2mv2 (E est l’énergie, m la masse de la voiture, et v sa vitesse). Plus une voiture est chargée et roule vite, plus elle emmagasine d ’ énergie cinétique. Lorsque le véhicule doit s’arrêter, cette énergie est normalement évacuée en chaleur, par le freinage. Mais en cas de choc, cette énergie va se disperser brutalement : les matériaux de l’habitacle vont se déformer.
Afin de préserver les parties «vitales» de l’habitacle et d’en faire une véritable cellule de protection, cette déformation est aujourd’hui programmée par les constructeurs automobiles. Des aciers à très haute limite d’élasticité sont ainsi utilisés pour absorber l’énergie cinétique.
Actuellement, les constructeurs automobiles travaillent tout particulièrement à développer la capacité de la partie avant à se déformer. La structure de la voiture absorbe donc une part importante du choc mais pas sa totalité. A l’intérieur de l’habitacle, les systèmes de retenue sont là pour éviter d’exposer les occupants à des décélérations dépassant les tolérances du corps humain.
L’énergie emmagasinée dans ce mouvement est l’énergie cinétique, que les physiciens calculent grâce à la formule Ec=1/2mv2 (E est l’énergie, m la masse de la voiture, et v sa vitesse). Plus une voiture est chargée et roule vite, plus elle emmagasine d ’ énergie cinétique. Lorsque le véhicule doit s’arrêter, cette énergie est normalement évacuée en chaleur, par le freinage. Mais en cas de choc, cette énergie va se disperser brutalement : les matériaux de l’habitacle vont se déformer.
Afin de préserver les parties «vitales» de l’habitacle et d’en faire une véritable cellule de protection, cette déformation est aujourd’hui programmée par les constructeurs automobiles. Des aciers à très haute limite d’élasticité sont ainsi utilisés pour absorber l’énergie cinétique.
Actuellement, les constructeurs automobiles travaillent tout particulièrement à développer la capacité de la partie avant à se déformer. La structure de la voiture absorbe donc une part importante du choc mais pas sa totalité. A l’intérieur de l’habitacle, les systèmes de retenue sont là pour éviter d’exposer les occupants à des décélérations dépassant les tolérances du corps humain.
Texte2
Maîtriser la dissipation d’énergie dans un choc est quelque
chose d’important dans la vie quotidienne, en particulier pour ce qui concerne
les accidents de la route. Nous l’avons vu, il ne suffit pas raisonner en
termes d’énergie, ce qui est important c’est de savoir quels sont les forces
subies lors du choc. Lors d’un choc frontal à 50km/h sur un obstacle rigide,
une voiture va voir sa vitesse passer rapidement de 50 km/h à 0 km/h. Si elle se déforme
très peu, la perte de vitesse se fait sur un temps court et les forces subies
lors du choc sont très importantes. Pour un enfoncement de 50 cm, la durée du choc est
d’environ 4 centièmes de seconde. La décélération subie est équivalente à 20g,
ce qui correspond à une force de 20 fois son propre poids. Une solution
consiste à augmenter la durée du choc, c’est-à-dire augmenter la distance sur
laquelle la voiture ralentie. Il faut faire en sorte que la voiture s’écrase
sur l’obstacle en se déformant énormément. C’est pour cela que les voitures
modernes sont construites de façon que l’avant et l’arrière s’enfoncent très
facilement sous l’effet d’un choc alors que l’habitacle est beaucoup plus
résistant. Bien sûr, il ne faut pas non plus que des parties solides de la
voiture comme le moteur traversent l’habitacle !
La ceinture de sécurité a initialement pour rôle de solidariser le corps avec le véhicule, pour éviter que celui-ci ne soit projeté violemment contre le pare brise. Mais les ceintures modernes contribuent aussi à limiter les forces subies en cas de choc. En effet, elles sont généralement fixées au véhicule par une partie qui se déforme lors du choc et absorbe une partie de l’énergie en augmentant encore le temps de décélération. Sur les voitures modernes, on arrive ainsi à des temps de chocs de l’ordre d’une fraction de seconde, ce qui divise par dix les décélérations subies. Les blessures les plus importantes dans un accident de la route étant des traumatismes internes dus à l’écrasement des organes internes on comprend rapidement tout l’intérêt de diminuer la décélération. La solution la plus simple étant bien entendue de réduire sa vitesse et d’éviter les chocs !!!
De la même manière, lorsque notre tête subie un choc, le cerveau subi une décélération en étant comprimé sur la boîte crânienne, ce qui peut entraîner des lésions importantes. Il est donc déconseillé de se taper trop fortement la tête contre les murs. Pourtant certains animaux n’ont pas le choix s’ils veulent survivre ! C’est le cas du pivert qui trouve sa nourriture en creusant les arbres avec son bec. Certaines études ont montré que le pivert donnait environ 15 coups par seconde, sa tête se déplaçant à environ 2200 m/h. Ces chocs très violents occasionnent une énorme décélération de l’ordre de 1000 g !!!
La ceinture de sécurité a initialement pour rôle de solidariser le corps avec le véhicule, pour éviter que celui-ci ne soit projeté violemment contre le pare brise. Mais les ceintures modernes contribuent aussi à limiter les forces subies en cas de choc. En effet, elles sont généralement fixées au véhicule par une partie qui se déforme lors du choc et absorbe une partie de l’énergie en augmentant encore le temps de décélération. Sur les voitures modernes, on arrive ainsi à des temps de chocs de l’ordre d’une fraction de seconde, ce qui divise par dix les décélérations subies. Les blessures les plus importantes dans un accident de la route étant des traumatismes internes dus à l’écrasement des organes internes on comprend rapidement tout l’intérêt de diminuer la décélération. La solution la plus simple étant bien entendue de réduire sa vitesse et d’éviter les chocs !!!
De la même manière, lorsque notre tête subie un choc, le cerveau subi une décélération en étant comprimé sur la boîte crânienne, ce qui peut entraîner des lésions importantes. Il est donc déconseillé de se taper trop fortement la tête contre les murs. Pourtant certains animaux n’ont pas le choix s’ils veulent survivre ! C’est le cas du pivert qui trouve sa nourriture en creusant les arbres avec son bec. Certaines études ont montré que le pivert donnait environ 15 coups par seconde, sa tête se déplaçant à environ 2200 m/h. Ces chocs très violents occasionnent une énorme décélération de l’ordre de 1000 g !!!
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