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3ème - cycle 4 - ENERGIE CINETIQUE ET SECURITE ROUTIERE

L'énergie et ses conversions / Collège Debussy / La Guerche-sur-l'Aubois
by

COSTE Olivier

on 19 August 2016

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Transcript of 3ème - cycle 4 - ENERGIE CINETIQUE ET SECURITE ROUTIERE

I - ENERGIE CINETIQUE
1. Rappel
Un objet qui se à une certaine
possède de l'énergie cinétique.
2. Energie cinétique et masse
Remarque : ici, l'énergie cinétique est exprimée en mégajoule (MJ) : 1 MJ = 10 J = J
6
L'énergie cinétique dépend de la masse des véhicules.
Lorsque la masse augmente, l'énergie cinétique augmente aussi.
A vitesse constante, l'énergie cinétique est proportionnelle à la masse (car sur le graphique, on a une droite passant par le point d'origine).
3. Energie cinétique et vitesse
Remarque : ici, l'énergie cinétique est exprimée en kilojoule (kJ) : 1 kJ = 10 J = J
3
Lorsque la vitesse augmente, l'énergie cinétique augmente aussi.
A masse constante, l'énergie cinétique n'est pas proportionnelle à la vitesse
(car sur le graphique, on n'a pas une droite passant par le point d'origine).
Quand la vitesse passe de 10 à 20 km/h, l'énergie cinétique passe de
4. Formule
Ec
=
1
2
v
2
m
=
2 Ec
v
2
v
=
2 Ec
m
avec
Ec : énergie cinétique en joule ( J )

m : masse en kilogramme (kg)

v : vitesse en mètre par seconde (m/s)
5. Savoir convertir des "km/h" en "m/s"
v =
90
km/h
il y a
1000
m dans 1 km
3600 s dans 1 h
v =
(
)
90
x
1000
3600
m/s
25 m/s
A 90 km/h, on parcourt 25 mètres par seconde.
6. Savoir convertir des "m/s" en "km/h"
v =
70
m/s
v =
70
x 3600
1000
km/h
252 km/h
Quand on parcourt 70 mètres par seconde,
on se déplace à 252 km/h.
(
)
7. Exercices :
calculer une énergie cinétique
a) Calculer l'énergie cinétique
Ec
d'une
voiture de masse
m = 990 kg
roulant
à la vitesse
v = 60 km/h
. Justifier.
Ec
=
1
2
m
2
avec
60 x 1000
3600
(
)
m/s
Ec
=
1
2
990
60 x 1000
(
)
2
3600
137 500 J
attention de ne pas oublier le
"carré" !
8. Conversion de l'énergie cinétique
Au cours de l'arrêt d'un véhicule par freinage, l'énergie du
véhicule est convertie en énergie (chaleur) au niveau des
freins (voir le premier dessin).
Lors d'une collision entre un véhicule et un obstacle, l'annulation
quasi instantanée de l'énergie du véhicule engendre une
de la carrosserie, ce qui peut entraîner des
(éventuellement mortelles) aux passagers (voir le deuxième dessin).
Plus l'énergie du véhicule est élevée, plus les
de la carrosserie et les aux passagers seront importantes
en cas de choc.
Par conséquent, la vitesse est .
II - SECURITE ROUTIERE
Le
temps de réaction t

:
R
La
distance de réaction D
:
R
R
La
distance de freinage D
:
F
La
distance d'arrêt D
:
A
R
F
A
R
Graphique
représentant
l'évolution
de la
distance
de freinage D
en fonction de
la vitesse v
pour une
voiture moyenne
sur route sèche
F
Lorsque la vitesse augmente, la distance de freinage augmente aussi.
La distance de freinage n'est pas proportionnelle à la vitesse (car sur le graphique on n'a pas une droite passant par le point d'origine).
D'après le graphique, pour 100 km/h, la distance de freinage est de 64 m.
La distance de freinage
plus
que la vitesse.
g) Calculer la distance d'arrêt
D
d'une
voiture
moyenne
conduite par un
conducteur
"normal"
roulant sur une
route sèche
à la
vitesse
v = 90 km/h
. Justifier.
A
avec
90 x 1000
3600
(
)
m/s
(
90 x 1000
)
3600
Détermination de D :
d'après le graphique,
D = 52 m
A
A
R
F
R
R
R
F
F
ENERGIE CINETIQUE
ET
SECURITE ROUTIERE
déplace
vitesse
On a porté sur le graphique l'énergie cinétique Ec de 3 véhicules roulant à la même vitesse
(90 km/h) en fonction de leur masse m.
1 000 000
a) L'énergie cinétique de divers véhicules
roulant à la même vitesse est-elle la même ?
De quoi dépend-elle ?
Non.
b) A vitesse constante, comment l'énergie
cinétique évolue-t-elle lorsque la masse
augmente ?
c) A vitesse constante, l'énergie cinétique
est-elle proportionnelle à la masse ? Justifier.
D'après le graphique, m = 8000 kg.
d) Quelle est la masse m d'un véhicule se
déplaçant à 90 km/h et dont l'énergie
cinétique est 2,5 MJ ?
Justifier par des traits de construction.
2,5
8000
On a mesuré l'énergie cinétique Ec d'une voiture de masse m = 1300 kg en fonction de sa vitesse v.
Les résultats sont rassemblés dans le tableau ci-dessous.
1000
Construire le
graphique représentant les variations de l'énergie cinétique Ec de la voiture en fonction de sa vitesse v.
Echelle :
1 cm pour
1 cm pour
20 km/h
100 kJ
a)
v
(km/h)
Ec (kJ)
0
20
40
60
80
100
120
0
100
200
300
400
500
600
700
b) A masse constante,
comment l'énergie
cinétique évolue-t-elle
lorsque la vitesse
augmente ?
c) A masse constante,
l'énergie cinétique
est-elle proportionnelle
à la vitesse ? Justifier.
d) Par combien l'énergie cinétique est-elle
multipliée lorsque la vitesse est multipliée
par 2 ? Justifier.
e) Par combien l'énergie cinétique est-elle
multipliée lorsque la vitesse est multipliée
par 3 ? Justifier.
5 à 20 kJ.
Donc, lorsque la vitesse est multipliée par 2, l'énergie cinétique est multipliée par 4.
Quand la vitesse passe de 10 à 30 km/h, l'énergie cinétique passe de
5 à 45 kJ.
Donc, lorsque la vitesse est multipliée par 3, l'énergie cinétique est multipliée par 9.
m
ou
ou
Photo personnelle
Un véhicule roule à une vitesse v = 90 km/h.
Exprimer cette vitesse en m/s. Justifier.
v =
x 2
x 4
x 3
x 9
Un véhicule roule à une vitesse v = 70 m/s. Exprimer cette vitesse en km/h. Justifier.
v =
v
m =
v =
990 kg
60 km/h
=
Ec =
x
x
Photo personnelle
Photo personnelle
dangereuse
blessures
cinétique
déformations
blessures
déformation
cinétique
thermique
cinétique
Photo : PHYSIQUE CHIMIE 3ème - collection Hélène Carré - Nathan - 2008 - page 48
Photo : PHYSIQUE CHIMIE 3ème - collection Hélène Carré - Nathan - 2008 - page 48
Arrêt d'un véhicule
L'arrêt d'un véhicule n'est jamais
car il comporte toujours phases :
la et le
le conducteur l'obstacle
(A)
PHASE 1 :
le conducteur commence à
(B)
PHASE 2 :
le véhicule est
(C)
I
Le temps de réaction
t
C'est la durée entre l'instant où le conducteur voit l'obstacle et l'instant où il commence à freiner.
Le temps de réaction t est d'environ 1 seconde
et augmente avec la fatigue, l'alcoolémie, l'inattention...
R
R
A
B
C
La distance de réaction
D
R
C'est la distance parcourue par le véhicule pendant le temps de réaction.
Pour un véhicule qui se déplace à une vitesse v :
D
R
=
v
x
t
R
I
t
R
I
I
I
I
La distance de freinage
D
F
C'est la distance parcourue par le véhicule entre l'instant où il commence à freiner et l'instant où il s'arrête.
I
I
La distance de freinage dépend de l'énergie cinétique du véhicule, de l'état de la route (sèche ou mouillée) et de l'état du véhicule (freins neufs ou usés...).
La distance d'arrêt
D
A
I
I
C'est la distance parcourue par le véhicule entre l'instant où le conducteur voit l'obstacle et l'instant où le véhicule est arrêté.
D
=
A
D
R
+
D
F
deux phases :
RECAPITULATIF
REACTION
FREINAGE
environ
1 seconde
D
=
v
x
t
dépend de nombreux facteurs
D
=
D
D
+
a)
Comment la distance de freinage évolue-t-elle lorsque la vitesse augmente ?
b)
La distance de freinage est-elle proportionnelle à
la vitesse ? Justifier.
c)
D'après le graphique, pour 50 km/h, la distance de freinage est de 16 m.
Sur route sèche, une voiture moyenne roule à 50 km/h. Quelle est sa distance de freinage ? Justifier par
des traits de
construction.
50
16
d)
D'après le
graphique,
la vitesse est
de 110 km/h.
Sur route sèche, une voiture moyenne roule à 100 km/h. Quelle est sa distance de freinage ?
Justifier par
des traits de
construction.
100
64
augmente
rapidement
f )
Sur route sèche, la distance de freinage d'une voiture moyenne est de 78 m. A quelle vitesse cette voiture
roule-t-elle ?
Justifier par
des traits de
construction.
78
110
Photo personnelle
D
=
D
+
D
Distance d'arrêt :
Calcul de D :
D
R
=
v
x
t
R
v =
t =
90 km/h
R
1 s
=
D
=
x
1
D
=
25 m
90
52
Calcul de D :
D
=
A
25
+
52
D
=
A
77 m
Photo : PHYSIQUE CHIMIE 3ème - collection Durandeau - Hachette - 2008 - page 204
Photo : PHYSIQUE CHIMIE 3ème - collection Durandeau - Hachette - 2008 - page 204
Photo : PHYSIQUE CHIMIE 3ème - collection Durandeau - Hachette - 2008 - page 204
Photo : PHYSIQUE CHIMIE 3ème - collection Durandeau - Hachette - 2008 - page 204
Photo : PHYSIQUE CHIMIE 3ème - collection Durandeau - Hachette - 2008 - page 204
Photo : PHYSIQUE CHIMIE 3ème - collection Durandeau - Hachette - 2008 - page 204
Valeurs distances de freinage : PHYSIQUE CHIMIE 3ème - Microméga - Hatier - 2008 - page 223
et PHYSIQUE CHIMIE 3ème - collection Hélène Carré - Nathan - 2008 - pages 47 et 53
Photo : PHYSIQUE CHIMIE 3ème - collection Durandeau - Hachette - 2008 - page 204
Exercice supplémentaire
Calculer l'énergie cinétique

Ec

d'une voiture de masse

m = 1230 kg

roulant à la vitesse

v = 117 km/h
. Justifier.
Photo personnelle
Ec
=
1
2
m
v
2
avec
m =
v =
1230 kg
117 km/h
=
(
117 x 1000
3600
)
m/s
Ec
Ec =
649 594 J
1
=
2
x
1230
x
(
117 x 1000
3600
)
2
Toujours penser au "carré"...
Photo personnelle
Photo personnelle
C'est enfin terminé !
Photo personnelle
cycle 4
ENERGIE CINETIQUE ET
SECURITE ROUTIERE

b) Calculer l'énergie cinétique
Ec
d'une voiture
de masse
m = 1600 kg
roulant à la vitesse

v = 120 km/h
. Justifier.
1
Ec =
2
m v
2
avec
m =
v =
1600 kg
120 km/h
=
(
120 x 1000
3600
)
m/s
Ec =
1
2
x
1600
x
(
120 x 1000
3600
)
2
Ec =
888 889 J
immédiat
deux
réaction
freinage
.
voit
REACTION
freiner
FREINAGE
arrêté
Questions
e)
h) En ville, sur
route sèche
, un
conducteur

"normal"
roule à
40km/h
dans une
voiture

moyenne
. Soudain, un obstacle apparaît à
une distance de
20 m
.
Le conducteur pourra-t-il s'arrêter à temps
ou y aura-t-il collision ? Justifier.
Distance d'arrêt :
D = D + D
A
R
F
Calcul de D :
R
10
D = v x t
R
R
avec
v =
t =
40 km/h
1 s
=
(
40 x 1000
3600
)
m/s
D =
R
(
40 x 1000
3600
)
x 1
D =
R
11 m
Détermination de D :
F
d'après le graphique,
D = 10 m
F
Calcul de D :
D = 11 + 10
A
A
D = 21 m
A
Il faut 21 m pour s'arrêter et l'obstacle est à 20 m.
Il y aura donc collision.
R
40
Full transcript