dynamique et transformation de l'énergie...

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A c t i v i té n o tée 3

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Courriel : ........................................................................................ Note : ........................... /100

PHY-5062-2 – DYNAMIQUE ET TRANSFORMATION DE L’ÉNERGIE MÉCANIQUE

© SOFAD

Cette activité notée a été produite par la Société de formation à distance des commissions scolaires du

Québec (SOFAD).

Équipe de production

Chargé de projets : Alain Pednault (SOFAD)

Rédaction : Interscience

Illustration : Marc Tellier

Révision de contenu : Gilles St-Louis

Révision linguistique : Johanne St-Martin

Maquette graphique, mise en page et infographie : Daniel Rémy (I. D. Graphique inc.)

Lecture d’épreuves : Johanne St-Martin

Nonobstant l’énoncé suivant, la SOFAD autorise tout centre d’éducation aux adultes qui utilise le guide d’apprentissage

correspondant à reproduire cette activité notée.

© SOFAD, 2014

Tous droits de traduction et d’adaptation, en totalité ou en partie, réservés pour tous pays.

Toute reproduction, par procédé mécanique ou électronique, y compris la microreproduction, est interdite

sans l’autorisation écrite d’un représentant dûment autorisé de la SOFAD.

ACTIVITÉ NOTÉE 3

3© SOFAD

La plupart des établissements de formation exigent

que vous obteniez une moyenne de 60 % et plus aux activités notées

pour vous autoriser à vous présenter à l’épreuve officielle.

L’activité notée 3 porte sur les séquences d’apprentissage 3, 4 et 5 du guide Dynamique et transformation

de l'énergie mécanique. Dès qu’elle sera terminée, faites-la parvenir à votre formateur ou à votre

formatrice avec les documents d’accompagnement, s’il y a lieu.


4 © SOFAD

Directives

• Remplissez la partie « Identification ».

• Lisez bien l’énoncé des questions avant d’y répondre.

• Inscrivez vos réponses dans les espaces prévus à cette fin, en donnant des

solutions complètes, s’il y a lieu.

• Une pondération est indiquée à la droite des diverses sections de l’activité notée.

• Vous pouvez utiliser la calculatrice pour réaliser cette activité notée.

ACTIVITÉ NOTÉE 3

5© SOFAD

Activité notée 3 /100 points

Moment de la remise

Après les séquences d’apprentissage 3, 4 et 5.

Concepts abordés

Lois de Newton, force de frottement, relation entre l’accélération, la distance

parcourue et le temps, loi de Hooke, travail et puissance, travail et énergie, énergie

potentielle gravitationnelle, énergie potentielle élastique, énergie cinétique.

A. Évaluation explicite des connaissances /25 points

1. Complétez la phrase suivante :

Tout corps au repos ou en mouvement rectiligne uniforme tend à conserver cet état d’équilibre…

2. Nommez deux effets qu’une force peut avoir sur un objet au repos.

3. Expliquez pourquoi un tracteur de semi-remorque est capable d’accélérations étonnantes lorsqu’il est

libéré de sa remorque.


6 © SOFAD

4. Une publicité vante les qualités d’une voiture sportive de 920 kg qui peut atteindre une vitesse de

100 km/h à partir du repos en 5,0 s.

a) De quelle accélération cette voiture est-elle capable ?

b) Quelle quantité d’énergie la voiture a-t-elle acquise en 5,0 s ?

5. Vous roulez à vélo à une vitesse de 10 m/s sur une route droite et horizontale. Vous cessez de pédaler

et vous vous arrêtez au bout de 20 s. Quelle est la grandeur de la force totale de frottement qui vous a

ralenti si votre masse est de 60 kg et celle de votre vélo de 12 kg ?

6. Comment expliquez-vous qu’un corps en mouvement circulaire uniforme subisse une accélération ?

7. Lors d’une compétition de slalom, une skieuse négocie une porte en effectuant un virage de 4,0 m

de rayon à une vitesse de 9,0 m/s. Quelle est la grandeur de l’accélération centripète résultant de ce

mouvement ?

ACTIVITÉ NOTÉE 3

7© SOFAD

8. Déterminez la force de réaction associée à chacune des actions suivantes :

a) Une personne pousse sur un mur.

b) La Terre vous attire.

9. Vous faites glisser une brique homogène sur une surface horizontale. Expliquez pourquoi le frottement

entre les surfaces en contact est le même quelle que soit la face sur laquelle repose la brique.

10. Pourquoi le coefficient de frottement statique entre deux surfaces est-il généralement supérieur au

coefficient de frottement cinétique ?

11. Vous posez une brique sur une planche de bois inclinée à 40°. Sachant que le coefficient de frottement

statique entre la brique et le bois est de 0,65, la brique va-t-elle demeurer immobile ou glisser vers le bas

de la planche ?


8 © SOFAD

12. Un pilote de course automobile s’engage dans une courbe horizontale au volant d’une voiture dont la

masse totale est de 1,0 ´ 103 kg. Le rayon de courbure de la trajectoire empruntée est de 1,0 ´ 102 m.

À quelle vitesse maximale le pilote pourra-t-il compléter le virage sans déraper si le frottement latéral

total entre les pneus et la piste est alors de 2,5 ´ 104 N ?

m = 1,0 x 103 kg

R = 1,0 x 10 2 m

v = ?

Les questions 13 et 14 se rapportent à la situation suivante.

Une camionnette de 1 800 kg file sur une route droite et horizontale à une vitesse de 30 m/s. Le conducteur

applique les freins et transmet aux roues une force totale de 5 000 N jusqu’à l’arrêt du véhicule.

13. Quel est le temps de freinage ?

ACTIVITÉ NOTÉE 3

9© SOFAD

14. Quelle est la distance de freinage ?

15. Tracez le graphique de la fonction s = f(t) d’un objet en chute libre dans l’air qui atteint sa vitesse limite

avant de toucher le sol. La position zéro est le point de départ de l’objet et les positions vers le bas sont

considérées comme positives.

16. Vous voulez utiliser un chariot de laboratoire pour

effectuer des expériences en dynamique. Vous devez

connaître la masse du chariot mais vous n’avez pas

de balance. Vous placez le chariot sur un plan à

inclinaison variable et vous le reliez à une masse

marquée de 1 000 g. À une inclinaison de 40°, le

chariot demeure immobile.

Calculez la masse de votre chariot.

mmm = 1 000 g

m chari

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40°


10 © SOFAD

17. À partir du montage suivant, écrivez l’équation de l’accélération du système en fonction des masses.

m1

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Un treuil est capable de soulever une charge de 500 kg d’une hauteur de 16 m en 30 s.

18. Quelle est la quantité de travail effectuée par le treuil ?

19. Quelle puissance le treuil a-t-il développée ?

ACTIVITÉ NOTÉE 3

11© SOFAD

20. Quelle quantité de travail un cheval doit-il effectuer pour sortir de la forêt une bille de bois de 740 kg s’il

doit vaincre une force moyenne de frottement de 400 N sur une distance de 0,25 km et s’il tire avec un

angle de 12° par rapport à l’horizontale ?

Les questions 21 et 22 se rapportent au graphique suivant qui représente la compression d’un ressort en

fonction de la force appliquée.

GraphIque de la compressIon en fonctIon de la force.

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21. Quelle est la constante d’élasticité de ce ressort ?


12 © SOFAD

22. Quelle quantité de travail ce ressort pourra-t-il fournir s’il est comprimé de 6,0 cm ?

23. Quelle quantité d’énergie potentielle gravitationnelle un pompier de 75 kg aura-t-il accumulée en

atteignant le toit d’un édifice de 8,0 m de hauteur à l’aide d’une échelle faisant un angle de 60° avec le sol ?


Une masse marquée de 200 g est suspendue, à 70 cm du plancher, à un

ressort hélicoïdal dont la constante de rappel est de 24 N/m.

24. Quel est l’allongement du ressort ?

25. Quelle est la quantité totale d’énergie emmagasinée dans ce système si on néglige la masse du ressort ?

h = 70 cm

m = 200 g

ACTIVITÉ NOTÉE 3

13© SOFAD

B. Évaluation des compétences : Un système de chargement /75 points

But

• Mettre en œuvre ses habiletés de résolution de problème et ses connaissances sur le travail et

l’énergie pour choisir un système de chargement.

Pour la construction d’une nouvelle usine, vous devez concevoir un système de chargement pour le

département d’expédition. Il s’agira de charger dans des camions, des barils de sirop d’érable pesant 150 kg

à l’aide d’un chariot élévateur de 400 kg piloté par un conducteur de 70 kg. Vous devrez choisir, parmi trois

systèmes de chargement possibles, celui qui consommera le moins d’énergie.

Votre tâche

Vous devrez :

• déterminer les paramètres des systèmes de chargement proposés;

• évaluer la quantité de travail effectuée dans chaque cas pour charger un baril;

• choisir un des systèmes et motiver votre recommandation.

Les paramètres des systèmes de chargement

Observez les trois systèmes de chargement à la page suivante.

• Le premier système utilise une rampe d’accès à 15° de l’horizontale pour que le chariot élévateur

puisse monter dans le camion afin d’y décharger un baril. La base de la rampe est à 1,8 m de l’entrepôt

de l’usine.

• Le deuxième système fait appel à l’élévateur qui équipe le chariot afin de soulever un baril du niveau du

sol à la hauteur de la benne du camion.

• Le troisième système propose un quai de chargement permettant au chariot élévateur d’avoir un accès

direct au camion pour y décharger un baril.

• Dans les trois systèmes, la distance qui sépare l’entrepôt du camion est de 6,3 m.

• Le coefficient de frottement cinétique de rotation entre les pneus et le plancher de béton est de 0,022.

Une remarque : le frottement entre une roue et la surface de roulement est inférieure à ce qu’il serait si la

roue devait glisser sur la surface.

• Le coefficient de frottement cinétique de rotation entre les pneus et la surface du plan incliné est

de 0,018.

ACTIVITÉ NOTÉE 3

15© SOFAD

Nommez les paramètres dont on doit tenir compte pour calculer les quantités de travail effectuées et donc

les dépenses d’énergie des systèmes illustrés.

Les quantités de travail effectuées

Calculez la quantité de travail nécessaire pour effectuer le chargement d’un baril dans chacun des trois

systèmes illustrés.

Système 1

Système 2

ACTIVITÉ NOTÉE 3

17© SOFAD

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Questions ou commentaires de l’apprenant ou de l’apprenante

Remarques du formateur ou de la formatrice

5611-07 Août 2014

dynamique et transformation de l'énergie...

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