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Physique 3ᵉ

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Énergie mécanique : cinétique, de position et conservation

Le calcul de l’énergie cinétique Ec = ½ × m × v² et de l’énergie de position, leur somme l’énergie mécanique, sa conservation sans frottement pour prévoir une vitesse ou une hauteur, l’énergie dissipée par les frottements et le lien entre vitesse, énergie cinétique et distance de freinage sur la route.

À propos de cette page
Trois QCM de 12 questions : le niveau facile sur les unités, l’énergie mécanique et les conversions, le niveau moyen sur les calculs d’énergie, de vitesse et de hauteur, le niveau difficile sur les pourcentages dissipés, les effets combinés de la masse et de la vitesse, et le choc à 90 km/h.

Les 36 questions du QCM en version texte

Pour réviser sans écran ou imprimer : chaque question avec ses propositions ; la bonne réponse et son explication se déplient.

Niveau facile ★ — 12 questions

  1. L’énergie cinétique d’un objet est nulle quand…

    • A. il roule sur le sol
    • B. il est immobile
    • C. sa masse est très faible
    • D. il est en altitude
    Réponse

    B. il est immobile — Ec = ½ × m × v² est nulle seulement si v = 0.

  2. Dans Ec = ½ × m × v², la vitesse s’exprime en…

    • A. kilomètres par heure
    • B. mètres
    • C. joules
    • D. mètres par seconde
    Réponse

    D. mètres par seconde — Des kg et des m/s donnent des joules.

  3. L’unité d’énergie du Système international est…

    • A. le joule
    • B. le watt
    • C. le newton
    • D. le kilogramme
    Réponse

    A. le joule — Le joule (J). Le watt mesure une puissance, le newton une force.

  4. L’énergie mécanique d’un objet se calcule par…

    • A. Ec − Ep
    • B. Ec × Ep
    • C. Ec + Ep
    • D. Ec ÷ Ep
    Réponse

    C. Ec + Ep — C’est la somme de l’énergie cinétique et de l’énergie de position.

  5. Une balle lancée vers le haut ralentit en montant. Son énergie cinétique se convertit surtout en…

    • A. énergie de position
    • B. énergie électrique
    • C. énergie lumineuse
    • D. énergie chimique
    Réponse

    A. énergie de position — Elle monte : son énergie cinétique diminue, son énergie de position augmente.

  6. Sur Terre, l’intensité de la pesanteur g vaut environ…

    • A. 98 N/kg
    • B. 0,98 N/kg
    • C. 9,8 N/kg
    • D. 1 N/kg
    Réponse

    C. 9,8 N/kg — g ≈ 9,8 N/kg, parfois arrondi à 10 N/kg.

  7. Une masse de 750 g vaut…

    • A. 7,5 kg
    • B. 75 kg
    • C. 0,075 kg
    • D. 0,75 kg
    Réponse

    D. 0,75 kg — 750 ÷ 1 000 = 0,75 kg.

  8. 1 MJ vaut…

    • A. 1 000 J
    • B. 1 000 000 J
    • C. 100 000 J
    • D. 10 000 J
    Réponse

    B. 1 000 000 J — Méga = million : 1 MJ = 1 000 000 J.

  9. Un livre posé sur une table possède, par rapport au sol…

    • A. de l’énergie cinétique seulement
    • B. aucune énergie, car il est posé
    • C. de l’énergie de position seulement
    • D. de l’énergie cinétique et de position
    Réponse

    C. de l’énergie de position seulement — Immobile (Ec = 0), mais en hauteur (Ep > 0).

  10. Juste après un freinage brutal, les disques de frein d’une voiture sont…

    • A. chauds
    • B. froids
    • C. aimantés
    • D. électrisés
    Réponse

    A. chauds — Les freins ont converti l’énergie cinétique en énergie thermique.

  11. Pour calculer une énergie cinétique, la masse doit être exprimée en…

    • A. grammes
    • B. tonnes
    • C. newtons
    • D. kilogrammes
    Réponse

    D. kilogrammes — Unités du Système international : kg, m/s, J.

  12. La distance d’arrêt d’une voiture est…

    • A. la distance de freinage seulement
    • B. la distance de réaction plus celle de freinage
    • C. la distance de freinage moins celle de réaction
    • D. la distance de réaction seulement
    Réponse

    B. la distance de réaction plus celle de freinage — On roule pendant le temps de réaction, puis on freine.

Niveau moyen ★★ — 12 questions

  1. Une voiture de 1 500 kg roule à 108 km/h. Son énergie cinétique vaut…

    • A. 8 748 000 J
    • B. 1 350 000 J
    • C. 22 500 J
    • D. 675 000 J
    Réponse

    D. 675 000 J — 108 ÷ 3,6 = 30 m/s ; ½ × 1 500 × 30² = 675 000 J (8 748 000 J sans conversion, 1 350 000 J sans le ½).

  2. Un colis de 3,5 kg est posé à 2 m du sol (g = 9,8 N/kg). Son énergie de position vaut…

    • A. 68,6 J
    • B. 7 J
    • C. 6 860 J
    • D. 34,3 J
    Réponse

    A. 68,6 J — Ep = 3,5 × 9,8 × 2 = 68,6 J.

  3. Si la vitesse d’un objet est divisée par 2, son énergie cinétique est…

    • A. divisée par 2
    • B. multipliée par 2
    • C. divisée par 4
    • D. divisée par 8
    Réponse

    C. divisée par 4 — Le carré : 2² = 4.

  4. Une bille tombe sans frottement d’une hauteur de 4,9 m (g = 9,8 N/kg). Elle arrive au sol à…

    • A. 4,9 m/s
    • B. 9,8 m/s
    • C. 96 m/s
    • D. 48 m/s
    Réponse

    B. 9,8 m/s — v² = 2 × 9,8 × 4,9 = 96,04, donc v = 9,8 m/s (ne pas oublier la racine).

  5. Un objet a une énergie cinétique de 150 J et une énergie de position de 350 J. Son énergie mécanique vaut…

    • A. 200 J
    • B. 52 500 J
    • C. 500 J
    • D. 250 J
    Réponse

    C. 500 J — Em = 150 + 350 = 500 J.

  6. Une balle lancée verticalement à 14 m/s monte, sans frottement, jusqu’à…

    • A. 14 m
    • B. 10 m
    • C. 20 m
    • D. 7 m
    Réponse

    B. 10 m — h = 14² ÷ (2 × 9,8) = 196 ÷ 19,6 = 10 m.

  7. Un pendule oscille sans frottement. Au point le plus haut de sa trajectoire…

    • A. son énergie cinétique est nulle
    • B. son énergie cinétique est maximale
    • C. son énergie de position est nulle
    • D. son énergie mécanique est nulle
    Réponse

    A. son énergie cinétique est nulle — Il s’arrête un instant : v = 0, donc Ec = 0 et Ep maximale.

  8. Une balle de 0,8 kg a une énergie cinétique de 40 J. Sa vitesse est…

    • A. 50 m/s
    • B. 100 m/s
    • C. 5 m/s
    • D. 10 m/s
    Réponse

    D. 10 m/s — v² = 2 × 40 ÷ 0,8 = 100, donc v = 10 m/s.

  9. Une skieuse arrive en bas avec une énergie cinétique plus petite que son énergie de position de départ. Cela signifie que…

    • A. l’intensité de la pesanteur a baissé pendant la descente
    • B. une partie de l’énergie a été dissipée par frottements
    • C. sa masse a diminué à cause de la vitesse
    • D. de l’énergie mécanique a été créée en chemin
    Réponse

    B. une partie de l’énergie a été dissipée par frottements — Em a diminué : les frottements (neige, air) en ont converti une partie en énergie thermique.

  10. Une pomme de 0,2 kg pend à une branche, à 3 m du sol (g = 9,8 N/kg). Son énergie de position vaut…

    • A. 0,6 J
    • B. 588 J
    • C. 58,8 J
    • D. 5,88 J
    Réponse

    D. 5,88 J — Ep = 0,2 × 9,8 × 3 = 5,88 J.

  11. Sans frottement, la vitesse d’un traîneau en bas d’une pente glacée, pour un départ sans vitesse, dépend…

    • A. de la hauteur seulement
    • B. de la masse et de la hauteur
    • C. de la masse seulement
    • D. de la forme de la pente
    Réponse

    A. de la hauteur seulement — v² = 2 × g × h : la masse se simplifie et la forme du parcours ne compte pas.

  12. À 30 km/h, une voiture freine sur 4 m. À 60 km/h, sur la même route, elle freine sur…

    • A. 8 m
    • B. 12 m
    • C. 16 m
    • D. 32 m
    Réponse

    C. 16 m — Vitesse × 2 → distance de freinage × 2² = 4 : 4 × 4 = 16 m.

Niveau difficile ★★★ — 12 questions

  1. Un cycliste (80 kg au total) passe de 36 km/h à 18 km/h. L’énergie cinétique perdue vaut…

    • A. 3 000 J
    • B. 1 000 J
    • C. 4 000 J
    • D. 1 500 J
    Réponse

    A. 3 000 J — 10 m/s → 4 000 J ; 5 m/s → 1 000 J ; perte de 3 000 J. Diviser la vitesse par 2 fait perdre les 3/4 de l’énergie.

  2. Une cabine d’ascenseur de 700 kg monte de 40 m (g = 9,8 N/kg). Son énergie de position augmente de…

    • A. 28 kJ
    • B. 27,44 kJ
    • C. 274,4 kJ
    • D. 2 744 kJ
    Réponse

    C. 274,4 kJ — 700 × 9,8 × 40 = 274 400 J = 274,4 kJ.

  3. Une balle en mousse lâchée sans vitesse d’une fenêtre, à 5 m du sol, arrive au sol à 8 m/s (g = 9,8 N/kg). On en déduit que…

    • A. l’énergie mécanique a été conservée
    • B. environ 35 % de l’énergie a été dissipée
    • C. environ 65 % de l’énergie a été dissipée
    • D. cette vitesse est impossible
    Réponse

    B. environ 35 % de l’énergie a été dissipée — Ec finale = ½ × m × 8² = 32 × m ; Ep initiale = m × 9,8 × 5 = 49 × m ; il reste 32 ÷ 49 ≈ 65 %, donc environ 35 % sont dissipés.

  4. Une balle est lancée vers le haut à 8 m/s depuis une terrasse située à 6 m du sol. Sans frottement, elle arrive au sol à environ…

    • A. 8 m/s
    • B. 10,8 m/s
    • C. 18,8 m/s
    • D. 13,5 m/s
    Réponse

    D. 13,5 m/s — Em(départ) = ½ × m × 8² + m × 9,8 × 6 ; au sol, tout est cinétique : v² = 64 + 117,6 = 181,6, donc v ≈ 13,5 m/s (on n’additionne pas les vitesses).

  5. Une voiture passe de 30 km/h à 90 km/h. Pour s’arrêter, elle devra dissiper une énergie…

    • A. 3 fois plus grande
    • B. 6 fois plus grande
    • C. 81 fois plus grande
    • D. 9 fois plus grande
    Réponse

    D. 9 fois plus grande — Vitesse × 3 → énergie cinétique × 3² = 9.

  6. Un pendule lâché de 20 cm de haut ne remonte qu’à 18 cm de l’autre côté. La part d’énergie mécanique dissipée est…

    • A. 10 %
    • B. 2 %
    • C. 20 %
    • D. 90 %
    Réponse

    A. 10 % — Ep est proportionnelle à h : 18 ÷ 20 = 90 % conservés, 10 % dissipés.

  7. Un objet de 2 kg, à 3 m du sol, se déplace à 4 m/s (g = 9,8 N/kg). Son énergie mécanique vaut…

    • A. 58,8 J
    • B. 16 J
    • C. 74,8 J
    • D. 90,8 J
    Réponse

    C. 74,8 J — Ep = 58,8 J ; Ec = ½ × 2 × 16 = 16 J ; Em = 74,8 J.

  8. Une grue soulève une charge de 1,2 t de 15 m (g = 9,8 N/kg). L’énergie de position gagnée vaut…

    • A. 17,64 kJ
    • B. 176,4 kJ
    • C. 18 kJ
    • D. 1 764 kJ
    Réponse

    B. 176,4 kJ — 1 200 × 9,8 × 15 = 176 400 J = 176,4 kJ.

  9. Une plume tombe à vitesse constante. Pendant sa chute…

    • A. son énergie mécanique diminue
    • B. son énergie mécanique reste constante
    • C. son énergie cinétique augmente
    • D. son énergie de position reste constante
    Réponse

    A. son énergie mécanique diminue — Ec ne change pas, Ep diminue : Em diminue, dissipée par les frottements de l’air.

  10. Un objet de masse m est à la hauteur h ; un objet de masse 2m est à la hauteur h/2. Leurs énergies de position…

    • A. sont dans le rapport 2
    • B. sont égales
    • C. sont dans le rapport 4
    • D. ne se comparent pas
    Réponse

    B. sont égales — m × g × h = (2m) × g × (h/2).

  11. On double la vitesse d’un objet et on divise sa masse par 2. Son énergie cinétique est…

    • A. inchangée
    • B. divisée par 2
    • C. doublée
    • D. quadruplée
    Réponse

    C. doublée —  × 4 pour la vitesse, ÷ 2 pour la masse : au total × 2.

  12. Un choc frontal à 90 km/h équivaut à une chute d’environ…

    • A. 9 m
    • B. 64 m
    • C. 25 m
    • D. 32 m
    Réponse

    D. 32 m — v = 25 m/s ; h = 25² ÷ (2 × 9,8) ≈ 32 m, soit un immeuble d’une dizaine d’étages.

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