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c) Quel type de force correspond au choc
d’un pied qui frappe un ballon ?
La force de contact.
L’équilibre de deux forces
ATS
(manuel,
page 137)
6. Qu’est-ce que la force résultante? La force résultante est la force qui correspond à la somme de
toutes les forces appliquées sur un corps.
7. a) Dans quel cas la force résultante est-elle
nulle ? Quand les effets de toutes les forces se
compensent les uns les autres, par exemple
lorsque deux forces ont la même intensité, mais
qu’elles sont de sens opposés.
b) Qu’arrive-t-il à un objet lorsque la force
résultante est nulle ? Cet objet est en
équilibre : il demeure au repos s’il est immobile
ou il poursuit son déplacement à vitesse
constante s’il est déjà en mouvement.
8. Donnez un exemple de situation dans laquelle la
force résultante est non nulle.
Plusieurs réponses possibles. Exemples : lorsque
deux personnes poussent sur le même côté d’un
meuble avec une même intensité, lorsque deux personnes poussent sur les côtés opposés d’un meuble
avec une intensité différente.
SECTION
6
La relation entre la vitesse constante,
la distance et le temps ATS (manuel, pages 138
et 139)
9. a) Qu’est-ce que la vitesse constante ?
La vitesse constante correspond à un mouvement qui ne connaît ni accélération ni
décélération.
b) Pourquoi a-t-on recours au concept de
vitesse moyenne pour décrire le mouvement d’un objet technique ?
Parce que la vitesse des systèmes technologiques n’est pas parfaitement constante :
une telle vitesse est presque impossible à maintenir durant de longues périodes.
10. Quelle relation y a-t-il entre la vitesse, la distance et le temps ? La vitesse (v) correspond au
rapport entre la distance parcourue (d) par un corps
et l’intervalle de temps (t) nécessaire pour
parcourir cette distance :
d
v=
t
11. Entre deux étages d’un centre commercial, un
escalier roulant d’une longueur de 30 mètres
fonctionne à une vitesse constante de 2,5 m/s.
Combien de temps faut-il à une personne pour
gravir un étage en prenant cet escalier ?
d
30 m
t =
=
= 12 s
v
2,5 m/s
Les transformations de l’énergie
Manuel, pages 160 et 161
La relation entre le travail, la force et le
déplacement STE SE (manuel, pages 143 à 145)
1. Quelles sont les trois conditions qui doivent être
respectées pour qu’un travail soit effectué sur
un corps ?
1) Le corps doit se déplacer.
2) Une force doit être appliquée sur le corps.
3) Le déplacement du corps doit être dans la même
direction que la force appliquée sur le corps ou
qu’une composante de celle-ci.
3. Quelle distance horizontale sera parcourue par
un chariot si un travail de 1 200 J est effectué en
appliquant une force moyenne de 2500 N? 0,48 m
4. Une personne applique une force de 200 N avec
un angle de 15° par rapport à l’horizontale pour
pousser une tondeuse sur une distance de
200 m. Quel travail cette force effectue-t-elle ?
3,86 104J
F = 200 N
2. Une personne pousse une chaise avec une
force de 25 N appliquée horizontalement sur
une distance de 3 m. Quel travail est effectué
sur la chaise ? 75 J
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Synergie • Chapitre 1 • Univers matériel
Reproduction autorisée © Les Éditions de la Chenelière inc.
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La relation entre le travail et l’énergie
SE
STE
(manuel, page 146)
5. Une voiture A entre en collision avec une
voiture B qui est immobile. Au moment de l’impact, la voiture A s’immobilise et la voiture B est
mise en mouvement sur une certaine distance.
a) Quelle voiture effectue un travail sur
l’autre ? La voiture A.
b) Qu’est-ce qui permet à la voiture B de se
mettre en mouvement ? L’énergie transférée
de la voiture A à la voiture B, qui correspond
au travail effectué par la voiture A sur la
voiture B.
La relation entre la masse et le poids
ATS
STE
(manuel, page 147)
6. a) Qu’est-ce que la masse ? La masse d’un
corps correspond à la quantité de matière qu’il
contient.
b) Qu’est-ce que le poids ? Le poids est la
force gravitationnelle qui s’exerce sur un
corps, selon la planète sur laquelle le corps
se trouve.
7. Une personne monte sur un pèse-personne et
celui-ci affiche 80 kg.
a) S’agit-il de la masse ou du poids de cette
personne ? Il s’agit d’une estimation de la
masse basée sur la mesure du poids et de la
valeur du champ gravitationnel terrestre.
b) Si ce pèse-personne était utilisé par la
même personne sur la planète Mars,
afficherait-il le même nombre ? Expliquez
votre réponse. Non, parce que le poids sur
Mars est différent et que le pèse-personne
n’utiliserait pas la bonne valeur de champ
gravitationnel.
8. a) Calculez le poids du télescope Hubble sur
Terre, en sachant que sa masse est de
12 000 kg. 1,2 10 5 N
b) Quel serait le poids du télescope Hubble à la
surface de la Lune (g (Lune) 1,6 N/kg)?
1,9 10 4 N
La relation entre l’énergie cinétique, la
masse et la vitesse STE SE (manuel, pages
La relation entre l’énergie potentielle, la
masse, l’accélération et le déplacement
SE
STE
(manuel, pages 150 et 151)
10. Une personne soulève à partir du sol une boîte
de 8 kg et la dépose sur le dessus d’une table de
1,5 m de hauteur. Quelle est l’énergie potentielle
emmagasinée dans la boîte une fois qu’elle est
déposée sur la table? 118 J
11. Un plongeur de 65 kg est sur un tremplin. Le
tremplin est situé à 10 m de la surface de l’eau
contenue dans un bassin de 5 m de profondeur.
Quelle énergie potentielle est emmagasinée
dans le plongeur :
a) par rapport à la surface de l’eau ?
6,4 10 3 J
b) par rapport au fond du bassin ?
9,6 10 3 J
La loi de la conservation de l’énergie
STE
ATS
ST
(manuel, page 152 et 153)
12. Qu’est-ce que la loi de la conservation de
l’énergie ? La loi de la conservation de l’énergie
stipule que l’énergie ne peut être ni créée ni détruite,
mais seulement transformée d’une forme à une
autre.
13. Une pierre tombe du haut d’une falaise de
54 m de hauteur. En ne tenant pas compte du
frottement, déterminez si les énergies cinétique
et potentielle sont maximales, nulles ou
équivalentes :
a) lorsque la pierre est en haut de la falaise ?
Au début de la chute, la vitesse de la pierre est
nulle. Donc son énergie cinétique est nulle et
son énergie potentielle est maximale.
b) lorsque la pierre est à une hauteur de 27 m
durant sa chute ? Il n’y a pas de frottement,
donc l’énergie mécanique de la pierre est
conservée. En considérant l’énergie potentielle
comme nulle en bas de la falaise, à
27 m de hauteur, l’énergie potentielle est égale
à la moitié de sa valeur à 54 m de hauteur.
EM = EP (54 m) + EC (54 m) = EP (54 m) = EP (27 m)
+ EC (27 m) = 2 EP (27 m)
Donc, EP (27 m) = EC (27 m). À 27 m, les énergies
potentielle et cinétique sont équivalentes.
148 et 149)
9. Quelle est l’énergie cinétique d’une balle de golf
de 45 g qui se déplace :
a) à 70 m/s ?
110 J
b) à 45 m/s ?
46 J
Reproduction autorisée © Les Éditions de la Chenelière inc.
Le rendement énergétique
ST
STE
ATS
(manuel, pages 154 et 155)
14. Qu’est-ce que le rendement énergétique ?
Le rendement énergétique d’une machine ou d’un
Synergie • Chapitre 1 • Univers matériel
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système est le pourcentage de l’énergie consommée
par cette machine ou ce système qui a été transformé en énergie utile.
15. a) Quel est le rendement énergétique d’une
grue qui consomme 15 250 J pour effectuer
un travail de 3 500 J ? 23 %
b) Quel est le rendement énergétique d’un
tracteur qui consomme 20 000 J pour
soulever une pierre de 200 kg à une hauteur
de 3 m ? 29 %
La distinction entre chaleur et température
ST
STE
ATS
(manuel, page 156)
16. a) Qu’est-ce que la température ? La température est une mesure du degré d’agitation des
atomes et des molécules.
b) Qu’est-ce que la chaleur ? La chaleur est un
transfert d’énergie entre deux systèmes de températures différentes.
17. Une bouilloire A contient 1 kg d’eau à 100 °C et
une bouilloire B contient 1 kg d’eau à 90 °C.
Indiquez si les énoncés suivants sont vrais ou
faux. Si un énoncé est faux, reformulez-le afin
qu’il traduise correctement la situation.
a) Si l’on plonge la bouilloire B dans un
bac d’eau à 20 °C, elle transférera plus
d’énergie thermique à l’eau du bac que ne
le ferait la bouilloire A. Faux. Si l’on plonge
la bouilloire B dans un bac d’eau à 20 °C,
la bouilloire A transférera plus d’énergie
thermique à l’eau du bac que ne le ferait
la bouilloire B.
b) Si l’on plonge la bouilloire A dans un bac
d’eau à 20 °C, l’énergie thermique sera
transférée de l’eau du bac vers celle de la
bouilloire. Faux. Si l’on plonge la bouilloire A
dans un bac d’eau à 20 °C, l’énergie thermique
SECTION
7
sera transférée de l’eau de la bouilloire vers
l’eau du bac.
c) Si l’on mélange l’eau de la bouilloire A avec
celle de la bouilloire B, la température de
l’eau sera la même que celle de la
bouilloire A. Faux. Si l’on mélange l’eau de la
bouilloire A avec celle de la bouilloire B, la température de l’eau sera comprise entre 90 °C et
100 °C.
La relation entre l’énergie thermique,
la capacité thermique massique, la masse
et la variation de température STE SE
(manuel, pages 157 à 159)
18. Qu’est-ce que la capacité thermique massique ?
La capacité thermique massique correspond à la
quantité d’énergie thermique qu’il faut transférer
à un gramme de substance pour augmenter sa
température de 1 °C.
19. La capacité thermique massique de l’eau est de
4,19 J/g °C. Calculez la quantité de chaleur
nécessaire pour élever de 30 °C la température
de 240 g d’eau. 3,02 10 4 J
20. La capacité thermique massique de l’eau est de
4,19 J/g °C et celle du cuivre est de 0,39 J/g °C.
Si l’on chauffe 10 g d’eau et 10 g de cuivre à
25 °C :
a) laquelle des deux substances emmagasinera le plus d’énergie thermique ? Justifiez
votre réponse. Les 10 g d’eau emmagasineront plus d’énergie thermique que les 10 g
de cuivre, car les deux masses sont égales et
la capacité thermique massique de l’eau est
supérieure à celle du cuivre.
b) laquelle des deux substances verra sa température augmenter le plus rapidement ?
Le cuivre.
Les fluides
Manuel, page 171
Le principe d’Archimède
ATS
(manuel,
pages 166 et 167)
1. a) Qu’est-ce que la poussée d’Archimède ?
La poussée d’Archimède est une force verticale
dirigée vers le haut qui s’exerce sur tout corps
introduit dans un fluide. Son intensité est égale
16
Synergie • Chapitre 1 • Univers matériel
au poids du fluide que le corps déplace,
c’est-à-dire au poids du fluide dont le corps
a pris la place.
b) À quel type de force la poussée
d’Archimède s’oppose-t-elle ?
Elle s’oppose à la force gravitationnelle.
Reproduction autorisée © Les Éditions de la Chenelière inc.