Un objet en mouvement possède de l’énergie cinétique. Plus il est rapide, plus elle est grande… et plus un choc est violent. Comprendre cette énergie permet d’expliquer les règles de sécurité routière.
Objectifs
- Calculer une énergie cinétique
- Comprendre l’influence de la vitesse et de la masse
- Décrire les conversions entre énergie de position et énergie cinétique
- Calculer une distance de réaction et une distance d’arrêt
1. L’énergie cinétique
Ec = × m × v2
Une voiture de 1 000 kg roule à 72 km/h. Calcule son énergie cinétique.
- Conversion : v = 72 ÷ 3,6 = 20 m/s
- Ec = 0,5 × 1 000 × 20²
- Ec = 0,5 × 1 000 × 400 = 200 000 J
Ec = 200 000 J = 200 kJ.
2. Énergie de position et conversions
Un objet situé en hauteur possède une énergie de position (énergie potentielle de pesanteur) : elle est d’autant plus grande que la masse de l’objet est grande et qu’il est haut placé.
- Lors d’une chute, l’altitude diminue et la vitesse augmente : l’énergie de position est convertie en énergie cinétique.
- Lorsqu’on lance un objet vers le haut, c’est l’inverse.
- La somme des deux s’appelle l’énergie mécanique. Sans frottements, elle se conserve. Avec frottements, une partie est convertie en énergie thermique.
Une bille a 3 J d’énergie de position en haut d’une rampe et une vitesse nulle. Sans frottements, quelle est son énergie cinétique en bas (altitude de référence, énergie de position nulle) ?
- Énergie mécanique en haut : 3 + 0 = 3 J
- Elle se conserve : en bas, 0 + Ec = 3 J
Ec = 3 J en bas de la rampe.
3. Distance d’arrêt d’un véhicule
darrêt = dréaction + dfreinage
- Distance de réaction : parcourue pendant le temps de réaction du conducteur (environ 1 s), à vitesse constante : dR = v × tR.
- Distance de freinage : parcourue pendant le freinage. Elle augmente fortement avec la vitesse (car l’énergie cinétique à dissiper augmente avec v²) et avec l’état de la route (pluie, verglas).
Un conducteur roule à 90 km/h avec un temps de réaction de 1 s. Calcule sa distance de réaction.
- v = 90 ÷ 3,6 = 25 m/s
- dR = 25 × 1 = 25 m
Le véhicule parcourt 25 m avant même que le conducteur ne commence à freiner.
À retenir
- Ec = ½ × m × v², avec m en kg et v en m/s ; Ec en joules.
- Si la vitesse double, l’énergie cinétique est multipliée par 4.
- Lors d’une chute, l’énergie de position se convertit en énergie cinétique ; sans frottements, l’énergie mécanique se conserve.
- Distance d’arrêt = distance de réaction + distance de freinage.
Et maintenant, à toi !
Vérifie que tu as compris avec les exercices, puis révise avec la fiche.