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Interrogation — Ch10 : Énergie cinétique et énergie potentielle

Première générale | Physique-Chimie | Durée : 30 min | /20

Dernière mise à jour : 21 juin 2026

Nom : _______________ Prénom : _______________ Date : __________

Donnée : intensité de la pesanteur \(g = 9{,}8\) N/kg. Les calculs doivent être détaillés et les résultats donnés avec leur unité.

Exercice 1 — Conversions et formules (3 pts)

  1. Convertis \(54\) km/h en m/s. (1 pt)
  2. Écris la formule de l'énergie cinétique \(E_c\), puis celle de l'énergie potentielle de pesanteur \(E_{pp}\), en précisant l'unité de chaque grandeur. (1 pt)
  3. Dans quelle unité s'exprime une énergie ? (1 pt)

Exercice 2 — Énergie cinétique d'une voiture (4 pts)

Une voiture de masse \(m = 1000\) kg roule à la vitesse \(v = 72\) km/h.

  1. Convertis la vitesse en m/s. (1 pt)
  2. Calcule son énergie cinétique \(E_c\). (2 pts)
  3. Exprime ce résultat en kilojoules (kJ). (1 pt)

Exercice 3 — Énergie potentielle de pesanteur (4 pts)

Un sac de ciment de masse \(m = 25\) kg est entreposé sur une plateforme à une hauteur \(z = 8{,}0\) m au-dessus du sol (référence : le sol).

  1. Calcule l'énergie potentielle de pesanteur \(E_{pp}\) du sac. (2 pts)
  2. Que vaut \(E_{pp}\) si le sac est posé au sol (\(z = 0\)) ? Justifie. (1 pt)
  3. Si on monte un second sac identique deux fois plus haut (\(z = 16\) m), comment évolue son énergie potentielle ? (1 pt)

Exercice 4 — Effet du carré de la vitesse (4 pts)

Une moto de masse \(m = 200\) kg roule d'abord à \(v_1 = 45\) km/h, puis à \(v_2 = 90\) km/h.

  1. Sans calculer les énergies, indique par quel facteur l'énergie cinétique est multipliée quand la vitesse double. Justifie. (2 pts)
  2. Convertis \(v_2 = 90\) km/h en m/s, puis calcule l'énergie cinétique à cette vitesse. (2 pts)

Exercice 5 — De la hauteur à la vitesse (5 pts)

Une bille de masse \(m = 0{,}50\) kg est lâchée sans vitesse initiale du haut d'une rampe, d'une hauteur \(z = 2{,}0\) m (référence : bas de la rampe).

  1. Calcule l'énergie potentielle de pesanteur \(E_{pp}\) de la bille en haut de la rampe. (2 pts)
  2. Au départ, la bille est immobile : que vaut son énergie cinétique \(E_c\) ? (1 pt)
  3. Pendant la descente, l'altitude diminue et la vitesse augmente. Explique en une phrase quelle transformation d'énergie a lieu. (2 pts)

Correction

Ex 1 : a) \(54 / 3{,}6 = 15\) m/s. b) \(E_c = \tfrac{1}{2}\,m\,v^2\) avec \(m\) en kg et \(v\) en m/s ; \(E_{pp} = m\,g\,z\) avec \(m\) en kg, \(g\) en N/kg, \(z\) en m. c) Une énergie s'exprime en joules (J).

Ex 2 : a) \(v = 72 / 3{,}6 = 20\) m/s. b) \(E_c = \tfrac{1}{2}\times 1000\times 20^2 = \tfrac{1}{2}\times 1000\times 400 = 200\,000\) J. c) \(E_c = 200\,000\) J \(= 200\) kJ.

Ex 3 : a) \(E_{pp} = m\,g\,z = 25\times 9{,}8\times 8{,}0 = 1960\) J \(\approx 1{,}96\) kJ. b) À \(z = 0\) : \(E_{pp} = 25\times 9{,}8\times 0 = 0\) J (au niveau de la référence, l'énergie potentielle est nulle). c) \(E_{pp}\) est proportionnelle à \(z\) : si la hauteur double, l'énergie potentielle double, soit \(E_{pp} = 25\times 9{,}8\times 16 = 3920\) J.

Ex 4 : a) Comme \(v\) apparaît au carré dans \(E_c = \tfrac{1}{2}mv^2\), doubler la vitesse multiplie l'énergie cinétique par \(2^2 = 4\). b) \(v_2 = 90 / 3{,}6 = 25\) m/s ; \(E_c = \tfrac{1}{2}\times 200\times 25^2 = \tfrac{1}{2}\times 200\times 625 = 62\,500\) J \(= 62{,}5\) kJ.

Ex 5 : a) \(E_{pp} = m\,g\,z = 0{,}50\times 9{,}8\times 2{,}0 = 9{,}8\) J. b) La bille est immobile (\(v = 0\)), donc \(E_c = \tfrac{1}{2}\times 0{,}50\times 0^2 = 0\) J. c) Pendant la descente, l'énergie potentielle de pesanteur se convertit (se transforme) en énergie cinétique : \(E_{pp}\) diminue tandis que \(E_c\) augmente.