Dynamique et transformation de l'énergie mécanique

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1 Dynamique et transformation de l'énergie mécanique PHY Activité notée 1 Date de remise :... Identification Nom :... Adresse : Tél :... Courriel :... Note :... /100

2 PHY DYNAMIQUE ET TRANSFORMATION DE L ÉNERGIE MÉCANIQUE Cette activité notée a été produite par la Société de formation à distance des commissions scolaires du Québec (SOFAD). Équipe de production Chargé de projets : Rédaction : Illustration : Révision de contenu : Révision linguistique : Maquette graphique, mise en page et infographie : Lecture d épreuves : Alain Pednault (SOFAD) Interscience Marc Tellier Gilles St-Louis Johanne St-Martin Daniel Rémy (I. D. Graphique inc.) Johanne St-Martin Nonobstant l énoncé suivant, la SOFAD autorise tout centre d éducation aux adultes qui utilise le guide d apprentissage correspondant à reproduire cette activité notée. SOFAD, 2014 Tous droits de traduction et d adaptation, en totalité ou en partie, réservés pour tous pays. Toute reproduction, par procédé mécanique ou électronique, y compris la microreproduction, est interdite sans l autorisation écrite d un représentant dûment autorisé de la SOFAD. SOFAD

3 ACTIVITÉ NOTÉE 1 La plupart des établissements de formation exigent que vous obteniez une moyenne de 60 % et plus aux activités notées pour vous autoriser à vous présenter à l épreuve officielle. L activité notée 1 porte sur les séquences d apprentissage 1 et 2 du guide Dynamique et transformation de l'énergie mécanique. Dès qu elle sera terminée, faites-la parvenir à votre formateur ou à votre formatrice avec les documents d accompagnement, s il y a lieu. SOFAD 3

4 PHY DYNAMIQUE ET TRANSFORMATION DE L ÉNERGIE MÉCANIQUE Directives Remplissez la partie «Identification». Lisez bien l énoncé des questions avant d y répondre. Inscrivez vos réponses dans les espaces prévus à cette fin, en donnant des solutions complètes, s il y a lieu. Une pondération est indiquée à la droite des diverses sections de l activité notée. Vous pouvez utiliser la calculatrice pour réaliser cette activité notée. 4 SOFAD

5 ACTIVITÉ NOTÉE 1 Activité notée 1 /100 points Moment de la remise Après les séquences d apprentissage 1 et 2. Concepts abordés Diagramme de corps libre, équilibre et résultante de plusieurs forces, force efficace, force gravitationnelle, accélération gravitationnelle, loi de Hooke. A. Évaluation explicite des connaissances /25 points 1. Qu est-ce qui distingue la représentation d une force de celle d une masse? 2. Tracez un vecteur représentant une force de 400 N à 225. SOFAD 5

6 PHY DYNAMIQUE ET TRANSFORMATION DE L ÉNERGIE MÉCANIQUE 3. Vous exercez une force de 80 N en tirant sur un câble pour déplacer un coffre horizontalement et à vitesse constante sur une distance de 2 mètres. Le câble fait un angle de 20 avec l horizontale. Quelle serait la grandeur de la force équivalente que vous devriez appliquer pour déplacer le coffre sur cette distance et à la même vitesse si cette force était appliquée horizontalement? 4. L efficacité d une force dont l orientation est différente de celle du déplacement varie selon l angle entre ces deux directions. Pourquoi, si cet angle est deux fois plus petit, l efficacité n est-elle pas deux fois plus grande? 5. Une force de 20 N est appliquée à un anneau pour le faire glisser le long d une tige verticale, tel qu illustré ci-contre. Quelle est la grandeur de la force efficace? F = 20 N Quelle est la grandeur de la force qui permettra à la personne de l illustration ci-contre de maintenir une cuisinière de 150 kg sur la rampe? 20 6 SOFAD

7 ACTIVITÉ NOTÉE 1 7. Quelle distinction faites-vous entre une déformation élastique et une déformation inélastique? 8. Le graphique suivant montre l allongement d un ressort hélicoïdal homogène en fonction de la force appliquée. Graphique de l allongement en fonction de la force. Allongement (cm) ,0 4,0 6,0 8,0 10,0 Force (N) a) Quelle est la constante d élasticité de ce ressort? b) Comment interpréter l allure du graphique pour une force supérieure à 8,0 N? SOFAD 7

8 PHY DYNAMIQUE ET TRANSFORMATION DE L ÉNERGIE MÉCANIQUE 9. Le graphique ci-contre montre la force exercée sur un ressort hélicoïdal homogène en fonction de son allongement. Pourquoi la droite, de la fonction F = f(l), ne passe-t-elle pas par l origine? Force Graphique de la force en fonction de l allongement. Allongement 10. Afin d établir la valeur de l intensité du champ gravitationnel d une planète sur laquelle vous venez de débarquer, vous suspendez une masse marquée de 200 g à un ressort dont la constante de rappel est de 6,2 N/m. Quelle est la valeur de g sur cette planète si le ressort s allonge de 12,0 cm? 11. Vous désirez utiliser un ressort pour peser des objets. Quelle est la masse maximale que vous pourrez mesurer si la constante d élasticité de votre ressort est de 20 N/m et si son allongement ne doit pas dépasser 15 cm? 12. Qu est-ce qui détermine l intensité du champ gravitationnel à la surface d une planète? 13. Quelle serait l accélération d un objet tombant sans frottement sur une exoplanète dont la masse serait le huitième de celle de la Terre et le rayon, la moitié de celui de la Terre? 8 SOFAD

9 ACTIVITÉ NOTÉE Quelle est l intensité du champ gravitationnel à une altitude correspondant à deux rayons terrestre? 15. Vous faites partie de l équipe d astronautes qui vient de débarquer sur Mars où g = 3,7 N/kg. Vous avez apporté votre pèse-personne. Qu indiquera-t-il si votre masse est de 55 kg? 16. Vous êtes debout sur votre pèse-personne dans un ascenseur qui monte à une vitesse constante de 1,5 m/s. a) Qu indique votre pèse-personne si votre masse est de 55 kg? b) Qu indique votre pèse-personne si l ascenseur accélère vers le bas au taux de 2,0 m/s 2? 17. Vous participez à un projet visant à étudier la culture de haricots dans la station spatiale internationale. De quel phénomène mécanique voulez-vous analyser les effets? SOFAD 9

10 PHY DYNAMIQUE ET TRANSFORMATION DE L ÉNERGIE MÉCANIQUE 18. Quelle est la résultante des forces suivantes appliquées à un même objet? F 1 = 40 N à 135 F 2 = 40 N à 225 F 3 = 57 N à Pour déplacer des appareils électroménagers, deux déménageurs utilisent des courroies qu ils glissent sous l appareil de manière à appliquer de part et d autre une force presque verticale pour le soulever. Quelle est la grandeur de la force que chacun d eux devra appliquer pour soulever un réfrigérateur de 120 kg? 10 SOFAD

11 ACTIVITÉ NOTÉE Un haltérophile soulève un haltère de 140 kg au bout de ses bras qui font chacun un angle de 30 avec la verticale. Quelle est la grandeur de la force qui s exerce dans chaque bras pour maintenir l haltère immobile? 21. Quelle force horizontale devrez-vous appliquer pour maintenir à 45 un pendule de 300 g? SOFAD 11

12 PHY DYNAMIQUE ET TRANSFORMATION DE L ÉNERGIE MÉCANIQUE 22. À quelle condition un corps en mouvement rectiligne uniforme pourra-t-il conserver sa vitesse? 23. L illustration suivante montre une voiture en train d être hissée à vitesse constante dans un camion remorque. 20 a) Quelle est la tension dans le câble si la voiture a une masse de 950 kg et si la plateforme du camion est inclinée à 20 de l horizontale? b) Quelle est la poussée exercée par l auto sur la plateforme? 24. Un funambule de 55 kg est au repos au milieu d un câble. Quelle est la tension dans le câble si le poids du funambule l abaisse à 30 de l horizontale? 25. Quelle est la grandeur de la résistance de l air sur une goutte de pluie de 0,050 g qui tombe à vitesse constante? 12 SOFAD

13 ACTIVITÉ NOTÉE 1 B. Évaluation des compétences : La voiture embourbée /75 points But Mettre en œuvre ses habiletés de résolution de problème et ses connaissances sur les forces et sur les conditions d équilibre pour imaginer une façon de libérer une voiture embourbée à l aide d un câble fixé à un arbre. Lors d une expédition en terrain marécageux, votre véhicule s est retrouvé embourbé et malgré vos efforts, vous ne pouvez le dégager. Par bonheur, vous avez dans le coffre à bagages un solide câble de 80 m de longueur. Il y a, à 75 m devant la voiture, un arbre qui vous semble assez gros pour résister à une forte tension. Votre tâche Vous devrez : représenter la situation à l aide d un schéma; proposer une solution plausible; tracer un diagramme de corps libre représentant la solution; évaluer la grandeur des forces appliquées; évaluer le déplacement de la voiture advenant que vous réussissiez à la libérer. Un schéma de la situation Tracez un schéma à l échelle de la situation décrite précédemment. SOFAD 13

14 PHY DYNAMIQUE ET TRANSFORMATION DE L ÉNERGIE MÉCANIQUE Une solution plausible Proposez une solution qui implique l application d une poussée latérale sur le câble pour libérer le véhicule. Prenez aussi en considération que votre poussée maximale sur le câble est de 400 N. Tracez un schéma à l échelle qui illustre la solution que vous proposez. 14 SOFAD

15 ACTIVITÉ NOTÉE 1 Le diagramme de corps libre Tracez un diagramme de corps libre des forces appliquées sur le câble et par le câble. SOFAD 15

16 PHY DYNAMIQUE ET TRANSFORMATION DE L ÉNERGIE MÉCANIQUE Les forces en jeu Calculez la grandeur de la force que vous serez en mesure d appliquer à votre véhicule par l entremise du câble. 16 SOFAD

17 ACTIVITÉ NOTÉE 1 Le déplacement de la voiture Calculez le déplacement de la voiture en supposant que la force latérale de 400 N que vous appliquez réussisse à la libérer en écartant le câble de 10. Négligez l allongement du câble. La conclusion Rédigez une courte conclusion concernant l efficacité de la solution plausible que vous avez suggérée. SOFAD 17

18 PHY DYNAMIQUE ET TRANSFORMATION DE L ÉNERGIE MÉCANIQUE Grille d évaluation des compétences : La voiture embourbée Qu est-ce qu une compétence? Une compétence est définie comme un savoir-agir fondé sur l utilisation et la mobilisation d un ensemble de ressources permettant de faire face à une situation d une certaine complexité. Dans le cadre de l activité «La voiture embourbée», les deux compétences suivantes ont été mobilisées : «Mettre à profit ses connaissances en physique» et «Communiquer sur des questions de physique à l aide des langages utilisés en science et en technologie». La grille suivante sera utilisée par votre enseignant ou votre tuteur pour évaluer votre rendement dans la réalisation de l activité. Pour chaque critère d évaluation, il sélectionnera les énoncés décrivant le mieux votre situation en cochant les pointages correspondants. Critère d évaluation : Interprétation appropriée de la problématique Échelle d appréciation Excellent Très bien Bien Faible Très faible Note 1. Schématise adéquatement la situation en repérant tous les éléments pertinents de la problématique. Schématise correctement la situation en repérant la plupart des éléments pertinents de la problématique. Schématise sommairement la situation en repérant plusieurs éléments pertinents de la problématique. Schématise vaguement la situation en repérant quelques éléments pertinents de la problématique. Schématise difficilement la situation en repérant peu ou pas d éléments pertinents de la problématique. 5 points 4 points 3 points 2 points 1 point /5 2. Propose une solution pour libérer la voiture par un schéma et des explications très plausibles. Propose une solution pour libérer la voiture par un schéma et des explications assez plausibles. Propose une solution pour libérer la voiture par un schéma et des explications moyennement plausibles. Propose une solution pour libérer la voiture par un schéma et des explications peu plausibles. Propose une solution pour libérer la voiture par un schéma et des explications très peu plausibles points 7-8 points 5-6 points 3-4 points 1-2 points /10 18 SOFAD

19 ACTIVITÉ NOTÉE 1 Critère d'évaluation : Utilisation pertinente des connaissances en physique Échelle d appréciation Excellent Très bien Bien Faible Très faible Note 3. Par un diagramme de corps libre, mobilise parfaitement ses connaissances pour dégager les principes de physique liés aux forces en jeu pour libérer la voiture. Par un diagramme de corps libre, mobilise correctement ses connaissances pour dégager les principes de physique liés aux forces en jeu pour libérer la voiture. Par un diagramme de corps libre, mobilise sommairement ses connaissances pour dégager les principes de physique liés aux forces en jeu pour libérer la voiture. Par un diagramme de corps libre, mobilise peu ses connaissances pour dégager les principes de physique liés aux forces en jeu pour libérer la voiture. Par un diagramme de corps libre, mobilise très peu ses connaissances pour dégager les principes de physique liés aux forces en jeu pour libérer la voiture points points points 6-10 points 1-5 points /25 4. Par des calculs, mobilise parfaitement ses connaissances pour dégager les principes de physique liés aux forces en jeu pour libérer la voiture. Par des calculs, mobilise correctement ses connaissances pour dégager les principes de physique liés aux forces en jeu pour libérer la voiture. Par des calculs, mobilise sommairement ses connaissances pour dégager les principes de physique liés aux forces en jeu pour libérer la voiture. Par des calculs, mobilise peu ses connaissances pour dégager les principes de physique liés aux forces en jeu pour libérer la voiture. Par des calculs, mobilise très peu ses connaissances pour dégager les principes de physique liés aux forces en jeu pour libérer la voiture points points points 6-10 points 1-5 points /25 SOFAD 19

20 PHY DYNAMIQUE ET TRANSFORMATION DE L ÉNERGIE MÉCANIQUE Critère d'évaluation : Production adéquate d'explications ou de solutions Échelle d appréciation Excellent Très bien Bien Faible Très faible Note 5. Présente très clairement des explications concernant l efficacité de la solution proposée pour libérer la voiture. Présente assez clairement des explications concernant l efficacité de la solution proposée pour libérer la voiture. Présente des explications avec un léger manque de clarté concernant l efficacité de la solution proposée pour libérer la voiture. Présente des explications avec un manque de clarté concernant l efficacité de la solution proposée pour libérer la voiture. Présente des explications d une façon confuse concernant l efficacité de la solution proposée pour libérer la voiture. 5 points 4 points 3 points 2 points 1 point /5 6. Respecte rigoureusement la terminologie, les règles et les conventions scientifiques lors de schématisations, de calculs, d explications ou de justifications. Respecte généralement la terminologie, les règles et les conventions scientifiques lors de schématisations, de calculs, d explications ou de justifications. Respecte sommairement la terminologie, les règles et les conventions scientifiques lors de schématisations, de calculs, d explications ou de justifications. Respecte peu la terminologie, les règles et les conventions scientifiques lors de schématisations, de calculs, d explications ou de justifications. Respecte très peu la terminologie, les règles et les conventions scientifiques lors de schématisations, de calculs, d explications ou de justifications. 5 points 4 points 3 points 2 points 1 point /5 La note 0 est attribuée lorsque le rendement de l apprenant ne correspond en rien aux énoncés inscrits dans la grille. Résultat : /75 points 20 SOFAD

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24 Questions ou commentaires de l apprenant ou de l apprenante Remarques du formateur ou de la formatrice Août 2014