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3e · Chapitre 7 · L'énergie et ses conversions

Énergie cinétique et sécurité routière

TP expérimental

De quoi dépend l'énergie cinétique d'une bille ?

Problème : Comment l'énergie cinétique d'une bille au moment de l'impact dépend-elle de sa hauteur de chute et de sa masse ?

Durée : 55 min · Travail en binôme

🧰 Matériel (par binôme)

  • 1 bac rempli de 5 cm de farine (ou de sable fin), lissé
  • 2 billes de même diamètre et de masses différentes (verre ≈ 5 g, acier ≈ 16 g) + 1 balance
  • 1 règle de 1 m sur support + 1 réglet ou pied à coulisse
  • 1 tamis ou une règle pour lisser la farine
  • Option : smartphone (vidéo au ralenti) pour estimer la vitesse d'impact

⚠️ Sécurité

  • Lâcher les billes au-dessus du bac uniquement ; ramasser immédiatement une bille tombée au sol.
  • Ne pas monter sur une chaise : hauteur maximale 1 m depuis la paillasse.
  • Farine : éviter de la disperser (allergies) ; nettoyer la paillasse en fin de séance.

🧪 Protocole

  1. Lisse la surface de la farine.
  2. Lâche la bille d'acier sans vitesse d'une hauteur h = 20 cm (bas de la bille). Mesure le diamètre du cratère formé.
  3. Recommence pour h = 40, 60, 80, 100 cm (lisse la farine entre deux essais).
  4. Recommence pour h = 60 cm avec la bille de verre.
  5. Option : filme une chute au ralenti devant la règle et estime la vitesse juste avant l'impact.

Schéma du montage

bac de farine (5 cm) bille lâchéesans vitesse h règle

📝 Résultats et exploitation

h (cm)20406080100
Diamètre du cratère, bille d'acier (mm)
h = 60 cmmasse (g)diamètre (mm)
bille d'acier
bille de verre

1. Pourquoi le cratère renseigne-t-il sur l'énergie cinétique de la bille à l'impact ?

2. Comment évolue la taille du cratère avec la hauteur de chute ? Interprète en termes de conversion d'énergie.

3. À hauteur égale, compare les cratères des deux billes. Quelle grandeur influe ici sur Ec ?

4. Pourquoi faut-il lisser la farine et lâcher la bille sans vitesse ?

5. Fais le lien avec la sécurité routière : quels sont les deux facteurs qui augmentent la gravité d'un choc ?