La somme Ep+Ec reste constante aux imprécisions de mesures près et aux pertes d’énergies dues à l’expérimentation (frottements, déformations de la corde du pendule, etc.).
Une trace écrite peut alors être construite en classe entière :
Un objet possède :
– Une énergie potentielle au voisinage de la Terre (Ep en J)
– Une énergie de mouvement, l’énergie cinétique (Ec en J).
La somme de ces énergies constitue son énergie mécanique : Em = Ep + Ec
Au cours d’une chute, l’énergie mécanique se conserve : l’énergie potentielle (Ep) se convertit en énergie cinétique (Ec). Les frottements entraînent des pertes : une partie de l’énergie mécanique se convertit en énergie perdue (énergie thermique due aux frottements pour l’essentiel).
L’énergie potentielle se mesure en joules.
Ep = mgh
L’énergie cinétique se mesure en joules.
Ec = ½ m v2
Prolongements possibles :
– Suite de transformations d’énergie dans un barrage hydroélectrique. L’énergie cinétique acquise par l’eau permet d’entraîner la turbine d’un alternateur et après … ?
– Réalisation et exploitation d’une autre série de mesures réalisée avec une masse différente.
Cela permet de montrer que la vitesse finale (à h= 0 m) ne dépend pas de la masse mais que l’énergie mécanique est plus grande : si on néglige les frottements dus à l’air, une souris et un éléphant lâchés du haut de la tour Eiffel atteindront le sol avec la même vitesse mais pas avec la même énergie cinétique … ce qui ne provoquera pas les mêmes dégâts!).
– Une chute libre sur la Lune :https://www.youtube.com/watch?v=03SPBXALJZI
– Activité « Energy skate park » téléchargeable ici : http://physique.ac-orleans-tours.fr/fileadmin/user_upload/physique/approche_par_competence/college/bidisciplinaire/Activity_energy_english.doc
– D’autres ressources et activités ici : http://sciences-physiques-moodle.ac-orleans-tours.fr/moodle/pluginfile.php/3145/mod_resource/content/2/Chapitre%203%20-%20nergie%20cintique%20et%20nergie%20mcanique/sommaire.htm
– Une vidéo pour comprendre le saut à la perche : https://www.youtube.com/watch?v=HTI97yib_rw vidéo tirée de l’excellent site Science étonnante : https://sciencetonnante.wordpress.com/
– Un exercice inspiré du site de Jean-Marc Jancovici sur notre rapport actuel à l’énergie (annexe 3).
TP n°1 : Hauteur et vitesse lors d’une chute.
| Domaine de Compétences évaluées | Critère de réussite correspondant au niveau A |
| Analyser (ANA) Proposer un protocole expérimental. |
Le protocole proposé est complet. L’élève a compris qu’il doit utiliser des appareils de mesure (vitesse et hauteur) afin de mener une étude quantitative, qu’il doit réaliser plusieurs mesures à différentes hauteurs. |
| Réaliser (REA) Utiliser un appareil de mesure. |
Les mesures sont réalisées avec soin. Les résultats sont notés avec les unités convenables et adaptées. |
| Valider (VAL) Interpréter des résultats (observation). |
L’élève démontre clairement le fait que la vitesse de chute et la hauteur ne sont pas proportionnelles. Il répond au problème posé et interprète clairement ses résultats. L’élève se questionne sur la précision des mesures réalisées. |
| Communiquer (COM) Présenter à l’écrit la démarche suivie. |
Le compte-rendu rédigé est soigné, complet et convenablement illustré (photos ou schéma). Les mesures réalisées sont organisées dans un tableau. Les termes et le vocabulaire utilisés sont adaptés. |
| Savoir-être/ Autonomie (Aut) Travailler efficacement seul ou en équipe. |
Les expériences ont été menées dans le calme. L’élève n’hésite pas à expérimenter de lui-même pour mener à bien sa démarche. Il demande de l’aide si besoin. Le travail est terminé dans le temps donné. |
Niveau A : les indicateurs choisis apparaissent dans leur (quasi)totalité
Niveau B : les indicateurs choisis apparaissent partiellement
Niveau C : les indicateurs choisis apparaissent de manière insuffisante
Niveau D : les indicateurs choisis ne sont pas présents
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