Chapitre XII : formes d’energie-principe de conservation de l’energie








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date de publication08.07.2017
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CHAPITRE XII : FORMES D’ENERGIE-PRINCIPE DE CONSERVATION DE L’ENERGIE

  1. ENERGIE D’UN SOLIDE EN MOUVEMENT DANS LE CHAMP DE PESANTEUR UNIFORME

Voir activité Energie mécanique

I-1) Energie cinétique

L’énergie cinétique est l’énergie liée à la vitesse

L’énergie cinétique Ec d’un solide de masse m en mouvement de translation avec une vitesse v est telle que :

I-2) Energie potentielle de pesanteur

L’énergie potentielle de pesanteur est l’énergie liée à l’altitude.

L’énergie potentielle de pesanteur Epp d’un solide de masse m, dont le centre d’inertie est à l’altitude z par rapport à la référence des énergies potentielle de pesanteur* est telle que :

*On choisit de prendre Ep = 0 pour une altitude de référence z =0 choisit arbitrairement.

I-3) Energie mécanique

L’énergie mécanique Em d’un solide est la somme de son énergie potentielle Ep et de son énergie cinétique Ec.

  1. CONSERVATION OU NON DE L’ENERGIE MECANIQUE

II-1) Exemple de conservation de l’énergie mécanique

Voir activité Energie mécanique

Chute d’une balle lancée avec une vitesse initiale dans le champ de pesanteur terrestre uniforme

Les frottements sont négligeables :

au cours du mouvement de la balle :

  • Il y a ………………………………. de l’énergie mécanique Em (l’énergie mécanique reste…………………………… ;

  • Il y a ……………………………….d’énergie cinétique Ec en énergie potentielle de pesanteur Epp et vice-versa (Epp = - EC).

II-2) Exemple de non-conservation de l’énergie mécanique

Rebonds d’une balle lancée avec vitesse initiale dans le champ de pesanteur terrestre

Voir activité Energie mécanique

  • Lors de chaque rebond de la balle une partie de son énergie mécanique est ………………………. au milieu extérieur (la table) son énergie mécanique…………………... L’énergie mécanique de la balle ne se …………………………. pas.



  • Entre chaque rebond l’énergie mécanique se …………………………., il y a ………………………….. d’énergie cinétique en énergie potentielle de pesanteur et vice versa.



  1. DIVERSES FORMES D’ENERGIE

Voir paragraphe 1.1. page 224

Energie cinétique, énergie potentielle, énergie électrique, énergie chimique, énergie nucléaire, etc sont diverses formes d’énergie

  1. PRINCIPE DE CONSERVATION DE L’ENERGIE

IV-1) Le principe

En Physique un système est un objet, un groupe d’objets ou une partie d’objet que l’on isole par la pensée du reste de l’Univers pour l’étudier. Tout ce qui n’est pas le système est appelé milieu extérieur.
Principe de conservation de l’énergie :

On appellera système isolé un système qui n’a aucune interaction avec le milieu extérieur.

A l’intérieur d’un système isolé l’énergie peut changer de forme être transférée d’une partie à une autre mais sa valeur totale reste constante.

IV-2) Application à la chute avec frottement

Document : entrée dans l’atmosphère de la capsule Apollo

art_entry.jpg

Lors de sont entrée dans l’atmosphère, la capsule Apollo était soumise aux frottements de l’air. Une partie de son énergie mécanique était transférée à l’atmosphère environnante sous forme d’énergie thermique.

La capsule Apollo ne constitue donc pas ici un système……………….. . Toutefois si l’on considère que la quantité d’énergie perdue par la capsule Apollo à été gagnée par l’atmosphère. Le système {capsule Apollo + atmosphère} constitue lui un système ……………………… et vérifie donc le principe de conservation de l’énergie.
N.B. Afin de protéger les astronautes les ingénieurs de la NASA conçurent un bouclier thermique (à la base de la capsule la température atteignait environ 3000°C alors qu’elle ne devait être que de 40° maximum à l’intérieur de celle-ci). Son épaisseur variait au cours de la descente de 5 à 1 ,3 cm. Il pesait 1360 kg, soit un quart de la masse du module de commande. Il était composé de six couches superposées de résines ablatives qui, chauffées à blanc, fondaient et se détachaient évacuant ainsi la chaleur avant qu'elle ne franchisse les parois du vaisseau.

IV-3) Application au transfert thermique

  • Les particules constituant la matière du fait de leur mouvement incessant, possèdent de l’énergie cinétique microscopique que nous appellerons pour simplifier : …………………………………………………….

  • Plus l’agitation des particules constituant un corps est grande, plus son énergie thermique est …………………….. plus sa température est ………………… .

  • Lorsque l’on met en présence un corps chaud et un corps froid il y a transfert d’énergie thermique du corps …………….. vers le corps …………….. .




  • Le transfert d’énergie thermique entre les deux corps cesse lorsque ces deux corps atteignent la même ………………………………..


D’après le principe de conservation de l’énergie si le système {corps froid + corps chaud} constitue un système isolé alors la quantité d’énergie gagnée par le corps froid est ……………………… à la quantité d’énergie perdue par le corps chaud.

III-4) Application à la radioactivité -

Faire l’activité documentaire à la page 223 du livre

La question 3 sera modifiée de la façon suivante :

3.

3.1. Ecrire l’équation de la désintégration - du cobalt 60( ) en appliquant les lois de Soddy.

3.2. Calculer l’énergie libérée par la désintégration du Cobalt 60.

3.3 L’étude de la désintégration radioactive -, comme celle du cobalt 60, montrent que, dans des conditions expérimentales fixées, l’électron émis ne recevait pas toujours la même quantité d’énergie, celle-ci variant entre 0 et 5,111x10-14 J. Ce résultat expérimental est il compatible avec le résultat obtenu au 3.2.

3.4. Que propose Pauli pour expliquer les propriétés de la désintégration bêta ?

3.5 En utilisant l’équation écrite en 3.1 déterminer les nombres de charge et de masse de l’antineutrino émis lors de la désintégration -.

Données :

 ;  ;  ; c= 2,997 925 x 108 m.s-1

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