Ce QCM de dix questions teste les notions clés du chapitre : travail d’une force, énergie cinétique et théorème de l’énergie cinétique. Pour chaque question, une seule réponse est exacte ; les explications vous aident à corriger vos erreurs de formule ou d’unité.
Questions répondues : 0/10 · Bonnes réponses : 0
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Une force constante de 40 N déplace un objet de 5,0 m, la force faisant un angle de 60° avec le déplacement. Quel est son travail ?
W = F × AB × cos α = 40 × 5,0 × cos 60° = 200 × 0,5 = 100 J.
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Quelle est l’unité du travail d’une force dans le système international ?
Le travail est une énergie échangée : il s’exprime en joules. Le watt est l’unité de la puissance.
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Quelle est l’énergie cinétique d’un solide de masse 2,0 kg se déplaçant à 3,0 m/s ?
E<sub>c</sub> = ½ × 2,0 × 3,0<sup>2</sup> = 9,0 J. Il ne faut pas oublier le carré de la vitesse ni le facteur ½.
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La vitesse d’un véhicule est multipliée par 3. Par quel facteur son énergie cinétique est-elle multipliée ?
E<sub>c</sub> est proportionnelle à v<sup>2</sup> : 3<sup>2</sup> = 9.
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Que vaut le travail d’une force perpendiculaire au déplacement ?
cos 90° = 0 : la force ne transfère pas d’énergie, comme la réaction normale d’un support lisse.
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Un solide de masse 2,0 kg descend de 5,0 m. Que vaut le travail de son poids (g = 9,81 N/kg) ?
W = m g (z<sub>A</sub> − z<sub>B</sub>) = 2,0 × 9,81 × 5,0 = 98 J, positif car le solide descend.
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Quel est l’énoncé du théorème de l’énergie cinétique ?
Il faut sommer les travaux de toutes les forces (et non les forces), pas seulement ceux du poids.
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Une voiture freine : quel est le signe du travail de la force de frottement exercée par la route ?
L’angle entre la force et le déplacement est 180° : W = −f × d. C’est ce travail négatif qui diminue E<sub>c</sub>.
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Une bille est lâchée sans vitesse de 5,0 m de hauteur (frottements négligés, g = 9,81 N/kg). Quelle vitesse atteint-elle au sol ?
v = √(2 g h) = √(2 × 9,81 × 5,0) = √98,1 ≈ 9,9 m/s, indépendamment de la masse.
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Un solide de masse 1,0 kg possède une énergie cinétique de 50 J. Quelle est sa vitesse ?
v = √(2 E<sub>c</sub> ÷ m) = √(2 × 50 ÷ 1,0) = √100 = 10 m/s.
Les notions passées en revue dans ce QCM énergie cinétique
- la formule du travail W = F × AB × cos α et son signe
- le travail du poids, indépendant du chemin
- l’énergie cinétique E<sub>c</sub> = ½ m v<sup>2</sup> et la conversion km/h en m/s
- le théorème de l’énergie cinétique
- le travail négatif des frottements
Le piège classique
Le piège le plus courant consiste à oublier le carré de la vitesse ou à laisser la vitesse en km/h : une valeur de 90 km/h doit d’abord devenir 25 m/s. Autre piège : croire qu’une force qui ne travaille pas n’existe pas dans le bilan, alors qu’elle agit bel et bien.
La bonne habitude
Avant de calculer, écrivez le bilan des forces, barrez celles de travail nul, puis écrivez la relation ΔEc = ΣW en lettres avant de remplacer par les nombres. Terminez en vérifiant l’unité et le nombre de chiffres significatifs.
Questions fréquentes
Quelle est la différence entre travail et énergie cinétique ?
L’énergie cinétique est l’énergie que possède un solide du fait de sa vitesse. Le travail est l’énergie échangée par une force pendant un déplacement : il fait varier l’énergie cinétique.
Pourquoi la distance de freinage augmente-t-elle beaucoup avec la vitesse ?
Parce que l’énergie cinétique est proportionnelle au carré de la vitesse : pour une même force de freinage, la distance d’arrêt est elle aussi proportionnelle à v² (vitesse doublée, distance quadruplée).
Le théorème de l’énergie cinétique fonctionne-t-il avec des frottements ?
Oui, à condition d’inclure le travail négatif des frottements dans la somme des travaux. C’est justement ce qui permet de les calculer à partir de mesures de vitesse.