Voici le corrigé détaillé du contrôle sur l’énergie potentielle de pesanteur et l’énergie mécanique. Les calculs sont détaillés avec leurs unités et chaque question indique ses points. Vérifie en particulier le choix de la référence des altitudes et l’usage de la conservation de l’énergie dans ce corrigé.
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La correction détaillée avec le barème : corrigé énergie
Correction de l’exercice 1 : Balle lancée vers le haut (5 points)1. Au départ z = 0, donc Epp = 0 et Em = Ec = ½ × 0,20 × 12² = 14,4 J (1 pt).
2. Seul le poids travaille (frottements négligés) : l’énergie mécanique se conserve, Em = 14,4 J à chaque instant (1 pt).
3. Au sommet, v = 0 donc Ec = 0 et Em = m × g × zmax : zmax = 14,4 ÷ (0,20 × 9,8) = 7,3 m (1,5 pt).
4. À z = 4,0 m : Epp = 0,20 × 9,8 × 4,0 = 7,84 J ; Ec = 14,4 − 7,84 = 6,56 J ; v = √(2 × 6,56 ÷ 0,20) = √65,6 = 8,1 m/s (1,5 pt).
1. La courbe C est horizontale : c’est l’énergie mécanique, constante. La courbe A est croissante, nulle au sol : c’est l’énergie potentielle Epp = m g z. La courbe B est décroissante, nulle à 10 m (objet lâché sans vitesse) : c’est l’énergie cinétique (1 pt).
2. Em = Epp initiale = m × g × z = 0,50 × 9,8 × 10 = 49 J, valeur lue sur la courbe C (1 pt).
3. Epp(4,0 m) = 0,50 × 9,8 × 4,0 = 19,6 J ; Ec = 49 − 19,6 = 29,4 J (1,5 pt).
4. Au sol, Ec = Em = 49 J : v = √(2 × 49 ÷ 0,50) = √196 = 14 m/s (1,5 pt).
5. Ec réelle au sol = ½ × 0,50 × 12² = 36 J ; énergie dissipée = 49 − 36 = 13 J (transférée à l’air et au milieu extérieur sous forme thermique) (1 pt).
1. Le fil de longueur L fait un angle de 60° avec la verticale : la bille en A est à la distance L × cos 60° sous le point d’attache, alors qu’en B elle est à la distance L. Donc h = L − L cos 60° = L × (1 − cos 60°) = 1,0 × (1 − 0,50) = 0,50 m (1 pt).
2. Epp(A) = m × g × h = 0,30 × 9,8 × 0,50 = 1,47 J ; la vitesse est nulle en A, donc Em(A) = 1,5 J (1,47 J) (1 pt).
3. En B : Epp = 0 et Ec = Em = 1,47 J, donc v = √(2 × 1,47 ÷ 0,30) = √9,8 = 3,1 m/s (1,5 pt).
4. Ec(B) = ½ × 0,30 × 2,9² = 1,26 J ; perte = 1,47 − 1,26 = 0,21 J. Elle s’explique par les frottements de l’air et du fil à l’axe (1,5 pt).
1. Conservation de Em : m g × 30 = ½ m v² + m g × 12 ; la masse se simplifie : v = √(2 × 9,8 × (30 − 12)) = √352,8 = 19 m/s (18,8 m/s) (1,5 pt).
2. Non : l’énergie mécanique permet au plus d’atteindre l’altitude de départ (30 m). Il faudrait m g × 35 > m g × 30, ce qui est impossible sans apport d’énergie : il ne franchit pas la bosse de 35 m (1,5 pt).
3. Avec frottements, l’énergie mécanique diminue (elle est dissipée en énergie thermique), donc l’altitude maximale atteinte est inférieure à 30 m (1 pt).
Barème et conseils
| Exercice | Thème | Points |
|---|---|---|
| 1 | Conservation de l’énergie mécanique | 5 |
| 2 | Lecture de graphique et pertes | 6 |
| 3 | Pendule simple | 5 |
| 4 | Montagnes russes | 4 |
| Total | 20 |
Pour progresser, choisis une référence pour Epp avant de calculer et écris Em = Ec + Epp aux deux positions comparées. Quand la masse se simplifie, ne la cherche pas. Si l’énergie mécanique mesurée diminue, pense à l’énergie dissipée par les frottements.