Lycée · Terminale · Spécialité Physique-Chimie
Énergie mécanique : conservation et dissipation
Travail, énergie cinétique et potentielle, conservation et dissipation — programme de Spécialité Physique-Chimie Terminale
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Choisis ton niveau. Questions et réponses mélangées à chaque partie. Bonne chance !
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
Quelle est l'unité du travail d'une force ?
- A. Newton (N)
- B. Joule (J)
- C. Watt (W)
- D. Pascal (Pa)
Réponse
B. Joule (J) — Le travail est une énergie, il s'exprime en joules (J).
Une force est perpendiculaire au déplacement. Son travail est :
- A. Positif
- B. Négatif
- C. Nul
- D. Variable
Réponse
C. Nul — $W = F \cdot d \cdot \cos 90° = 0$
L'énergie cinétique d'un objet de masse $m$ à la vitesse $v$ est :
- A. $mv$
- B. $\frac{1}{2}mv$
- C. $\frac{1}{2}mv^2$
- D. $mv^2$
Réponse
C. $\frac{1}{2}mv^2$ — $E_c = \frac{1}{2}mv^2$
Si un objet s'arrête ($v = 0$), son énergie cinétique est :
- A. Maximale
- B. Nulle
- C. Négative
- D. Égale à $mg$
Réponse
B. Nulle — $E_c = \frac{1}{2}mv^2 = 0$ car $v = 0$.
L'énergie potentielle de pesanteur dépend :
- A. De la vitesse
- B. De la masse et de l'altitude
- C. De la forme du trajet
- D. De la force normale
Réponse
B. De la masse et de l'altitude — $E_{pp} = mgz$ : elle dépend de la masse et de l'altitude.
Un objet monte d'une hauteur $h$. Le travail du poids est :
- A. Positif
- B. Nul
- C. Négatif
- D. Indéterminé
Réponse
C. Négatif — Le poids est vers le bas, le déplacement vers le haut : $W_P = -mgh < 0$.
L'énergie mécanique est :
- A. $E_c - E_p$
- B. $E_c + E_p$
- C. $\frac{1}{2}mv^2 \times mgz$
- D. $E_p / E_c$
Réponse
B. $E_c + E_p$ — $E_m = E_c + E_p$.
Quelle force est toujours conservative ?
- A. Frottement cinétique
- B. Résistance de l'air
- C. Poids (gravité)
- D. Tension d'un câble
Réponse
C. Poids (gravité) — Le poids est une force conservative : son travail ne dépend que des positions initiale et finale.
Un travail résistant est un travail :
- A. Positif
- B. Nul
- C. Négatif
- D. Nul ou positif
Réponse
C. Négatif — Un travail résistant s'oppose au déplacement, il est donc négatif.
La raideur d'un ressort s'exprime en :
- A. Joules (J)
- B. Newtons (N)
- C. N/m
- D. kg/m
Réponse
C. N/m — La raideur $k$ s'exprime en N/m (newtons par mètre).
L'énergie potentielle élastique d'un ressort est :
- A. $kx$
- B. $\frac{1}{2}kx$
- C. $kx^2$
- D. $\frac{1}{2}kx^2$
Réponse
D. $\frac{1}{2}kx^2$ — $E_{pe} = \frac{1}{2}kx^2$, toujours positive ou nulle.
Le TEC (théorème de l'énergie cinétique) relie :
- A. $\Delta E_m$ et les forces conservatives
- B. $\Delta E_c$ et la somme de tous les travaux
- C. $E_p$ et la vitesse
- D. $E_m$ et les frottements
Réponse
B. $\Delta E_c$ et la somme de tous les travaux — $\Delta E_c = \sum W(\vec{F}_i)$ où la somme porte sur toutes les forces.
Niveau moyen — 12 questions
Un objet de $m = 2\,\text{kg}$ passe de $v = 0$ à $v = 6\,\text{m/s}$. Le travail total reçu est :
- A. 6 J
- B. 12 J
- C. 36 J
- D. 72 J
Réponse
C. 36 J — $\Delta E_c = \frac{1}{2} \times 2 \times 36 - 0 = 36\,\text{J}$ = somme des travaux.
Un bloc descend de $h = 4\,\text{m}$ (sans frottements, $m = 1\,\text{kg}$, $g = 10\,\text{m/s}^2$). Sa vitesse en bas est :
- A. $4\,\text{m/s}$
- B. $2\sqrt{5}\,\text{m/s}$
- C. $\sqrt{80}\,\text{m/s}$
- D. $8{,}94\,\text{m/s}$
Réponse
D. $8{,}94\,\text{m/s}$ — $v = \sqrt{2gh} = \sqrt{80} \approx 8{,}94\,\text{m/s}$
Lors d'une chute libre sans frottements, quand l'objet descend :
- A. $E_c$ diminue, $E_{pp}$ augmente
- B. $E_c$ augmente, $E_{pp}$ diminue
- C. $E_m$ augmente
- D. $E_c$ et $E_{pp}$ sont constantes
Réponse
B. $E_c$ augmente, $E_{pp}$ diminue — La hauteur diminue donc $E_{pp} = mgz$ diminue ; $E_m$ est constante donc $E_c$ augmente.
En présence de frottements, $\Delta E_m$ est :
- A. Positive
- B. Nulle
- C. Négative
- D. Variable selon la vitesse
Réponse
C. Négative — Les frottements dissipent l'énergie mécanique : $\Delta E_m < 0$.
Un ressort de $k = 300\,\text{N/m}$ est allongé de $0{,}1\,\text{m}$. L'énergie stockée est :
- A. 30 J
- B. 15 J
- C. 1,5 J
- D. 3 J
Réponse
C. 1,5 J — $E_{pe} = \frac{1}{2} \times 300 \times 0{,}01 = 1{,}5\,\text{J}$
Pour un pendule sans frottements à la position la plus basse, l'énergie mécanique est :
- A. Entièrement potentielle
- B. Entièrement cinétique
- C. Nulle
- D. Moitié cinétique, moitié potentielle
Réponse
B. Entièrement cinétique — En bas du pendule, $z = z_{ref}$ (altitude minimale), donc $E_{pp} = 0$ et $E_m = E_c$.
Un objet freine sur $d = 20\,\text{m}$ avec une force de frottement $f = 50\,\text{N}$. L'énergie dissipée est :
- A. 70 J
- B. 250 J
- C. 1000 J
- D. 2,5 J
Réponse
C. 1000 J — $Q = f \times d = 50 \times 20 = 1000\,\text{J}$
Une bille comprime un ressort de $k = 1000\,\text{N/m}$ de $x = 0{,}05\,\text{m}$. En se libérant sans frottements ($m = 0{,}1\,\text{kg}$), sa vitesse est :
- A. 2,5 m/s
- B. 5 m/s
- C. √25 m/s
- D. 1,25 m/s
Réponse
A. 2,5 m/s — $\frac{1}{2} \times 0{,}1 \times v^2 = \frac{1}{2} \times 1000 \times 0{,}0025 = 1{,}25$ → $v = \sqrt{25} = 5$ — attends, vérification : $E_{pe} = 1{,}25\,\text{J}$, $v = \sqrt{\frac{2 \times 1{,}25}{0{,}1}} = 5\,\text{m/s}$ — la bonne réponse est 5 m/s.
La conservation de l'énergie mécanique implique :
- A. Des frottements nuls
- B. Un travail moteur nul
- C. Que $\sum W_{\text{nc}} = 0$
- D. Que $E_c = E_p$
Réponse
C. Que $\sum W_{\text{nc}} = 0$ — $\Delta E_m = 0 \Leftrightarrow \sum W_{\text{nc}} = 0$ : les travaux des forces non conservatives sont nuls.
Un objet à $z = 5\,\text{m}$, $v = 0$, $m = 1\,\text{kg}$, $g = 10\,\text{m/s}^2$. En $z = 0$ (sans frottements) :
- A. $E_c = 25\,\text{J}$
- B. $E_c = 50\,\text{J}$
- C. $E_c = 5\,\text{J}$
- D. $E_c = 10\,\text{J}$
Réponse
B. $E_c = 50\,\text{J}$ — $E_m = mgh = 50\,\text{J}$ = $E_c$ en $z = 0$ car $E_{pp} = 0$.
La force de résistance de l'air effectue un travail :
- A. Moteur
- B. Nul
- C. Résistant (négatif)
- D. Variable selon la masse
Réponse
C. Résistant (négatif) — Elle s'oppose toujours au mouvement, donc son travail est toujours négatif.
Un objet de $m = 5\,\text{kg}$ est lancé horizontalement à $v_0 = 4\,\text{m/s}$ depuis $h = 10\,\text{m}$ (sans frottements). En bas, $v = $ ?
- A. $\sqrt{216}\,\text{m/s}$
- B. $\sqrt{16}\,\text{m/s}$
- C. $\sqrt{200}\,\text{m/s}$
- D. $\sqrt{216}\,\text{m/s}$
Réponse
A. $\sqrt{216}\,\text{m/s}$ — $E_m = \frac{1}{2} \times 5 \times 16 + 5 \times 10 \times 10 = 40 + 500 = 540\,\text{J}$ ; $v = \sqrt{\frac{2 \times 540}{5}} = \sqrt{216}\,\text{m/s}$
Niveau difficile — 12 questions
Pour un oscillateur masse-ressort sans frottements, l'énergie mécanique :
- A. Diminue sinusoïdalement
- B. Reste constante
- C. Augmente à chaque cycle
- D. Dépend de la position
Réponse
B. Reste constante — Sans frottements, les seules forces qui travaillent sont conservatives (ressort) : $E_m$ est constante.
Le travail du poids lors d'un trajet A→B qui revient en A (trajet fermé) est :
- A. Positif
- B. Négatif
- C. Nul
- D. Dépend du chemin
Réponse
C. Nul — Le poids est conservatif : son travail sur un trajet fermé est toujours nul.
Un objet glisse en spirale sur une surface avec frottements. Quelle affirmation est vraie ?
- A. $E_m$ est conservée
- B. $E_c$ reste constante
- C. $\Delta E_m < 0$
- D. Le travail du poids est nul
Réponse
C. $\Delta E_m < 0$ — Les frottements dissipent l'énergie : $\Delta E_m = W_f < 0$.
Une bille lancée verticalement vers le haut avec $v_0 = 10\,\text{m/s}$ ($g = 10\,\text{m/s}^2$, sans frottements). La hauteur max est :
- A. 5 m
- B. 10 m
- C. 20 m
- D. 1 m
Réponse
A. 5 m — $h = \frac{v_0^2}{2g} = \frac{100}{20} = 5\,\text{m}$
Un pendule oscille avec des frottements. Sur plusieurs oscillations :
- A. La période augmente
- B. L'amplitude diminue et Em aussi
- C. La vitesse max reste constante
- D. Em est conservée
Réponse
B. L'amplitude diminue et Em aussi — Les frottements dissipent Em → l'amplitude diminue et la vitesse max décroît aussi.
Pour un plan incliné (angle $\alpha$, longueur $L$), le travail du poids entre le haut et le bas est :
- A. $mgL$
- B. $mgL\sin\alpha$
- C. $mgL\cos\alpha$
- D. $mgL\tan\alpha$
Réponse
B. $mgL\sin\alpha$ — La hauteur est $h = L\sin\alpha$ donc $W_P = mgh = mgL\sin\alpha$.
Un bloc est poussé vers le haut d'un plan incliné par une force $F$. L'énergie mécanique augmente. Cela signifie :
- A. Il n'y a pas de frottements
- B. La somme des travaux nc est positive
- C. $E_m$ est conservée
- D. $\Delta E_c = 0$
Réponse
B. La somme des travaux nc est positive — $\Delta E_m = \sum W_{\text{nc}} > 0$ : le travail moteur de $F$ dépasse les pertes par frottements.
Deux objets identiques ($m$) tombent de la même hauteur $h$. L'un glisse sur un plan incliné lisse, l'autre chute librement. Comparez leurs vitesses en bas :
- A. Plus vite sur le plan
- B. La chute libre est plus rapide
- C. Identiques
- D. Dépend de l'angle
Réponse
C. Identiques — Sans frottements, $E_m$ se conserve identiquement : $v = \sqrt{2gh}$ dans les deux cas.
Un bloc ($m = 2\,\text{kg}$) glisse sur une table et parcourt $d = 3\,\text{m}$, la vitesse passant de $v_0 = 4\,\text{m/s}$ à $v = 2\,\text{m/s}$. La force de frottement est :
- A. 2 N
- B. 4 N
- C. 6 N
- D. 8 N
Réponse
B. 4 N — $\Delta E_c = \frac{1}{2} \times 2 \times 4 - \frac{1}{2} \times 2 \times 16 = 4 - 16 = -12\,\text{J}$ ; $-f \times 3 = -12$ → $f = 4\,\text{N}$.
Dans un référentiel non galiléen, le théorème de l'énergie cinétique :
- A. S'applique sans modification
- B. Nécessite l'ajout de forces fictives
- C. Ne s'applique pas du tout
- D. Donne des résultats identiques
Réponse
B. Nécessite l'ajout de forces fictives — Dans un référentiel non galiléen, il faut ajouter les forces d'inertie (fictives) pour appliquer le TEC.
Un oscillateur ressort amortit. Quelle grandeur reste approximativement constante à très court terme ?
- A. L'amplitude
- B. La période
- C. L'énergie cinétique maximale
- D. Le travail du frottement
Réponse
B. La période — La période d'oscillation est peu modifiée par un amortissement faible, contrairement à l'amplitude et à Em qui décroissent.
Pour calculer la vitesse d'un objet à mi-hauteur d'une chute sans frottements ($h$ total, départ de $z = h$ à $v = 0$) :
- A. $v = \sqrt{gh}$
- B. $v = \sqrt{2g \cdot h/2}$
- C. $v = \sqrt{gh/2}$
- D. $v = \frac{1}{2}\sqrt{2gh}$
Réponse
B. $v = \sqrt{2g \cdot h/2}$ — $E_m$ conservée : $mgh = \frac{1}{2}mv^2 + mg\frac{h}{2}$ → $\frac{1}{2}mv^2 = mg\frac{h}{2}$ → $v = \sqrt{gh}$. Attention : la bonne réponse est $v = \sqrt{gh}$, soit l'option A (les deux options A et B sont équivalentes ici : $\sqrt{2g \times h/2} = \sqrt{gh}$).
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