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Physique · Classe de 3ᵉ

Énergie mécanique et conservation

Énergie cinétique, énergie potentielle, conservation et dissipation

À propos de cette page
Cette évaluation sur « Énergie mécanique et conservation » en troisième permet de faire le point sur ses connaissances en physique, comme lors d'un véritable contrôle. Elle suit le programme officiel de troisième et propose plusieurs exercices notés sur 20, avec un corrigé détaillé. Au programme : L'énergie : définition et unité, L'énergie cinétique, L'énergie potentielle de pesanteur, L'énergie mécanique. Travaille seul, chronomètre-toi, puis compare tes réponses au corrigé pour identifier les points à revoir. Parfait pour mesurer ses progrès et réviser efficacement. Évaluation gratuite conçue par un professeur particulier à Marseille pour aider les élèves de troisième en physique.
Évaluation finale · Niveau difficile · Durée 60 min · Noté sur 20
60:00

Évaluation complète de fin de chapitre, tout en niveau difficile. Travaille seul et sans aide, puis vérifie tes réponses avec le corrigé détaillé dépliable en bas de page.

Exercice 1 — Vrai ou faux et définitions

/ 4 pts
  1. Donne la définition de l'énergie cinétique et sa formule. (1 pt)
  2. Vrai ou faux : Sans frottement, l'énergie mécanique d'un objet en chute libre diminue. Justifie ta réponse. (1 pt)
  3. Complète : L'énergie potentielle de pesanteur se calcule avec la formule Ep = ___. (1 pt)
  4. Quand un objet descend sans frottement, que devient son énergie potentielle ? Que devient son énergie cinétique ? (1 pt)

Exercice 2 — Calculs d'énergie

/ 5 pts
  1. Un oiseau de masse m = 0,08 kg vole à v = 15 m/s. Calcule son énergie cinétique. (1,5 pt)
  2. Un pot de fleurs de masse m = 1,5 kg est posé sur un balcon à h = 6 m au-dessus du sol (g = 10 N/kg). Calcule son énergie potentielle. (1,5 pt)
  3. Calcule l'énergie mécanique totale du pot de fleurs s'il se met à tomber et atteint une vitesse v = 4 m/s à h = 5 m. (2 pt)

Exercice 3 — Conservation de l'énergie mécanique

/ 6 pts
  1. Un palet de hockey de m = 0,17 kg est frappé depuis le sol (h = 0) et s'élève verticalement. Sans frottement, il atteint une hauteur maximale. Sachant que sa vitesse initiale est v₀ = 30 m/s et que g = 10 N/kg :
  2. a) Calcule l'énergie mécanique initiale du palet (au niveau du sol). (2 pt)
  3. b) Au point le plus haut, la vitesse du palet est nulle. Calcule la hauteur maximale atteinte. (2 pt)
  4. c) Calcule la vitesse du palet lorsqu'il se trouve à h = 30 m. (2 pt)

Exercice 4 — Dissipation de l'énergie

/ 5 pts
  1. Une bille de m = 0,05 kg est lâchée sans vitesse initiale depuis h = 4 m. Elle arrive au sol avec v = 7 m/s (g = 10 N/kg).
  2. a) Calcule l'énergie mécanique de la bille au départ. (1 pt)
  3. b) Calcule l'énergie mécanique de la bille à l'arrivée. (1 pt)
  4. c) L'énergie mécanique est-elle conservée ? Justifie. (1 pt)
  5. d) Calcule l'énergie dissipée par frottements et indique sous quelle forme elle apparaît. (2 pt)
✓Corrigé détaillé

Exercice 1 — Vrai ou faux et définitions
Item 1 — Définition et formule de l'énergie cinétique :
L'énergie cinétique est l'énergie associée au mouvement d'un objet. Elle dépend de sa masse et de sa vitesse.
Formule : Ec = ½ × m × v²
avec m en kg, v en m/s, Ec en joules (J).

Item 2 — Vrai ou faux :
FAUX. Sans frottement, l'énergie mécanique est conservée (constante) lors d'une chute libre. Elle ne diminue pas : l'énergie potentielle de pesanteur se convertit en énergie cinétique, mais la somme Em = Ec + Ep reste la même tout au long de la chute.

Item 3 — Compléter la formule :
Ep = m × g × h
avec m la masse (kg), g l'intensité de la pesanteur (≈ 10 N/kg sur Terre), h la hauteur par rapport à la référence (m).

Item 4 — Conversions d'énergie lors d'une descente sans frottement :
Quand un objet descend sans frottement :

  • Son énergie potentielle diminue (h diminue donc Ep = mgh diminue).
  • Son énergie cinétique augmente (l'objet accélère : Ec = ½mv² augmente).
L'énergie mécanique totale reste constante : l'énergie potentielle se convertit en énergie cinétique.

Exercice 2 — Calculs d'énergie
Item 1 — Énergie cinétique de l'oiseau :
Données : m = 0,08 kg ; v = 15 m/s
Application de la formule :
Ec = ½ × m × v²
Ec = ½ × 0,08 × 15²
Ec = ½ × 0,08 × 225
Ec = 0,04 × 225
Ec = 9 J

Item 2 — Énergie potentielle du pot de fleurs :
Données : m = 1,5 kg ; h = 6 m ; g = 10 N/kg
Ep = m × g × h
Ep = 1,5 × 10 × 6
Ep = 90 J

Item 3 — Énergie mécanique totale du pot en chute à h = 5 m, v = 4 m/s :
On calcule Ec et Ep à cet instant :
Ec = ½ × 1,5 × 4² = ½ × 1,5 × 16 = 12 J
Ep = 1,5 × 10 × 5 = 75 J
Em = Ec + Ep = 12 + 75
Em = 87 J
Remarque : l'énergie mécanique initiale (au balcon, v = 0) était Em = 0 + 90 = 90 J. La légère différence (90 J → 87 J) indique qu'un peu d'énergie a été dissipée par frottements avec l'air.

Exercice 3 — Conservation de l'énergie mécanique
Données : m = 0,17 kg ; v₀ = 30 m/s ; g = 10 N/kg ; départ au sol (h = 0) ; sans frottement.

a) Énergie mécanique initiale au sol :
Au sol : h = 0 donc Ep = 0 J
Ec = ½ × m × v₀² = ½ × 0,17 × 30²
Ec = ½ × 0,17 × 900
Ec = 0,085 × 900
Ec = 76,5 J
Em = Ec + Ep = 76,5 + 0
Em = 76,5 J

b) Hauteur maximale atteinte :
Au point le plus haut : v = 0 donc Ec = 0 J
Sans frottement : Em est conservée → Em = Ep = m × g × hmax
76,5 = 0,17 × 10 × hmax
hmax = 76,5 / (0,17 × 10)
hmax = 76,5 / 1,7
hmax = 45 m

c) Vitesse à h = 30 m :
Sans frottement : Em = 76,5 J à tout instant.
À h = 30 m :
Ep = 0,17 × 10 × 30 = 51 J
Ec = Em − Ep = 76,5 − 51 = 25,5 J
Ec = ½ × m × v² → v² = 2 × Ec / m = 2 × 25,5 / 0,17 = 51 / 0,17 = 300
v = √300 ≈ 17,3 m/s

Exercice 4 — Dissipation de l'énergie
Données : m = 0,05 kg ; hdépart = 4 m ; vdépart = 0 m/s ; varrivée = 7 m/s ; g = 10 N/kg

a) Énergie mécanique au départ :
Ec = ½ × 0,05 × 0² = 0 J (objet lâché sans vitesse initiale)
Ep = m × g × h = 0,05 × 10 × 4 = 2 J
Em(départ) = 0 + 2
Em(départ) = 2 J

b) Énergie mécanique à l'arrivée (h = 0) :
Ep = 0 J (au sol, h = 0)
Ec = ½ × 0,05 × 7² = ½ × 0,05 × 49 = 1,225 J
Em(arrivée) = 1,225 + 0
Em(arrivée) = 1,225 J

c) L'énergie mécanique est-elle conservée ?
Non, l'énergie mécanique n'est pas conservée : Em(départ) = 2 J et Em(arrivée) = 1,225 J. La valeur a diminué. Cela signifie qu'il y avait des frottements (résistance de l'air notamment) lors de la chute.

d) Énergie dissipée par frottements :
Edissipée = Em(départ) − Em(arrivée)
Edissipée = 2 − 1,225
Edissipée = 0,775 J
Cette énergie est transformée en énergie thermique (chaleur) : elle échauffe légèrement la bille et l'air environnant. On dit que l'énergie mécanique a été dissipée.

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