programe-de-3eme - Chapitre 4: l'energie cinetique et la securite routiere

I Energie cinétique d'un solide en translation

1) Qu'est-ce qu'un mouvement de translation ?

On dit qu'un corps solide est animé d'un mouvement de translation si tous les points de ce solide:
- se déplacent à la même vitesse.
- se déplacent dans le même direction et le même sens.

Exemples: une voiture roulant en ligne droite, la nacelle d'une grande roue.

2) Expression de l'énergie cinétique

L'énergie cinétique (Ec) d'un objet en translation est lié à sa vitesse (v) et à sa masse (m) par la relation suivante:
Ec = 1 x m x v²
2
- m s'exprime en kilogramme (kg)
- v s'exprime en mètre par seconde (m/s)
- Ec s'exprime en joule (J)

Remarques:
- Le joule est également l'unité utilisée pour exprimer les autres énergies.
- La vitesse d'un corps est souvent exprimée en mètre par seconde. Pour calculer son énergie cinétique il faut alors convertir cette vitesse en mètre par seconde

II Influence de la masse et de la vitesse sur l'énergie cinétique

1) Influence de la masse sur l'énergie cinétique

L'expression de l'énergie cinétique ( Ec = 1 x m x v² ) indique que celle ci est proportionnelle
a masse.
Cette proportionnalité implique que si la masse d'un corps est multipliée par deux alors son énergie cinétique est aussi multipliée par deux.
D'une manière générale si deux corps se déplacent à la même vitesse alors celui dont la masse est la plus grande possède l'énergie cinétique la plus élevée.

2) Influence de la vitesse sur l'énergie cinétique

L'énergie cinétique n'est pas proportionnelle à la vitesse mais au carré de la vitesse.

III Arret d'un véhicule et transferts d'énergie

1) Transfert d'energie lorsqu'un véhicule s'arrête

Lorsqu'un véhicule s'arrète sa vitesse devient nulle et donc son énergie cinétique aussi. L'énergie cinétique que possède initialement le véhicule doit être convertie en une une autre forme d'énergie ou transférée à un autre corps.

2) Arrêt par freinage

Les véhicules sont en générale équipés d'un système de freinage constitué de plaquettes de frein qui, une fois actionnées, serrent un disque métalique dont elles provoquent l'échauffement par frottement.
Lors d'un freinage efficace l'énergie cinétique d'un véhicule est donc convertie en énergie thermique.
La distance de freinage est alors proportionnelle à l'énergie cinétique du véhicule et varie comme cette dernière:
- Elle est proportionnelle à la masse. Si la masse est deux fois plus grande alors l'énergie cinétique et la distance de freinage sont deux fois plus élevées.
Un camion doit donc freiner plus longtemp qu'un voiture et son freinage s'effectue sur une distance plus grande.
- Elle est proportionnelle au carré de la vitesse. Si la vitesse est deux fois plus grande alors l'énergie cinétique et la distance de freinage sont quatre fois plus élevées.

3) Arrêt lors d'un choc

Lors d'un choc le véhicule rentre en contact avec un obstacle. L'énergie cinétique du véhicule est alors transférée aux matériaux du vehicule lui même ou à ceux de l'obstacle en provoquant le leur déformation voire leur rupture.