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Problème 1: La pomme de Newton
Intensité de pesanteur: g = 9,81 N.kg¹
On choisica l'origine O des altitudes au niveau de la tête d'Isaac Newton.
La légende dit qu'une pomme tombant en chute libre (les frottements avec
l'air étant négligés) sur la tête d'Isaac Newton lui révéla sa théorie sur la
gravitation.
On considère qu'une pomme de masse 120 g est située initialement à 2,6 m au-
dessus de la tête d'Isaac Newton.
1) Quelle est la forme d'énergie que possède la pomme avant de tomber?
Rappeler son expression mathématique.
2) Quelle est la forme d'énergie gagnée par la pomme au cours de sa chute?
Rappeler son expression mathématique.
3) Sur le graphique ci-contre, l'évolution d'une des formes d'énergie est
représentée.
a) De quelle forme d'énergie s'agit-il ? Justifier.
b) Compléter, en justifiant, le graphique ci-contre avec les valeurs initiale et
finale de l'énergie au cours de la chute jusqu'à l'impact.
c) On admet que toute l'énergie potentielle de pesanteur se transforme en
énergie cinétique. Tracer alors l'allure de l'évolution de cette énergie sur le
graphique ci-contre. Repérer les valeurs initiale et finale.
4) Calculer la valeur de la vitesse de la pomme (en m.s¹ puis en km.h"¹) au
moment de l'impact sur la tête de Newton.
energe
temps


Répondre :

Réponse:

Salut ! On va résoudre le problème ensemble :

1) Avant de tomber, la pomme possède de l'énergie potentielle de pesanteur. L'expression mathématique de cette forme d'énergie est Ep = m * g * h, où m est la masse de la pomme, g est l'intensité de pesanteur et h est la hauteur de la pomme par rapport à l'origine O.

2) Pendant sa chute, la pomme gagne de l'énergie cinétique. L'expression mathématique de cette forme d'énergie est Ec = (1/2) * m * v^2, où m est la masse de la pomme et v est sa vitesse.

3a) Sur le graphique, la forme d'énergie représentée semble être l'énergie potentielle de pesanteur. Cela peut être justifié car au début de la chute, la pomme est à une hauteur maximale et donc possède une grande énergie potentielle de pesanteur.

3b) Pour compléter le graphique, il faut indiquer les valeurs initiale et finale de l'énergie potentielle de pesanteur. Au début de la chute, l'énergie potentielle de pesanteur est maximale (m * g * h) et à la fin de la chute (au moment de l'impact), l'énergie potentielle de pesanteur est nulle.

3c) Puisque toute l'énergie potentielle de pesanteur se transforme en énergie cinétique, l'allure de l'évolution de l'énergie cinétique sur le graphique serait une courbe croissante. Au début de la chute, l'énergie cinétique est nulle et à la fin de la chute (au moment de l'impact), l'énergie cinétique est maximale ((1/2) * m * v^2).

4) Pour calculer la valeur de la vitesse de la pomme au moment de l'impact, on peut utiliser l'équation de conservation de l'énergie mécanique : Ep(initiale) + Ec(initiale) = Ep(finale) + Ec(finale). Sachant que l'énergie potentielle de pesanteur initiale est m * g * h et que l'énergie cinétique finale est (1/2) * m