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Fiche méthode · Sciences

Énergie cinétique et énergie de position

Tout objet en mouvement possède une énergie liée à sa vitesse : l’énergie cinétique. Sa formule contient un carré, et c’est ce carré qui explique pourquoi une petite hausse de vitesse a de grandes conséquences.

Rédaction : MB Apps · Mise à jour le · 5 min de lecture

La formule de l’énergie cinétique

Ec = ½ × m × v²

La masse m s’exprime en kilogrammes, la vitesse v en mètres par seconde, et l’énergie en joules.

Exemple : une masse de 3 kg à 4 m/s

  1. v² = 4 × 4 = 16
  2. ½ × 3 × 16 = 24

Énergie cinétique : 24 J

Pourquoi la vitesse compte double… au carré

Doubler la vitesse multiplie l’énergie cinétique par 4 ; la tripler la multiplie par 9. C’est pour cela que les conséquences d’un choc augmentent très vite avec la vitesse.

Exemple : une voiture de 1 000 kg

  1. À 50 km/h, soit environ 13,9 m/s : ½ × 1 000 × 13,9² ≈ 96 000 J
  2. À 100 km/h, l’énergie est 4 fois plus grande : environ 386 000 J

Deux fois plus vite, quatre fois plus d’énergie

Retrouver la vitesse

On isole v² en multipliant l’énergie par 2 et en divisant par la masse, puis on cherche le nombre qui, multiplié par lui-même, donne v².

v² = 2 × Ec ÷ m

Exemple : 50 J pour une masse de 4 kg

  1. v² = 2 × 50 ÷ 4 = 25
  2. v = 5

Vitesse : 5 m/s

L’énergie de position et la chute

Un objet placé en hauteur possède une énergie de position, aussi appelée énergie potentielle de pesanteur.

Ep = m × g × h

Une masse de 2 kg à 5 m de hauteur possède 2 × 9,81 × 5 ≈ 98 J. Si elle tombe sans frottement, cette énergie de position se transforme en énergie cinétique. Elle arrive au sol à une vitesse v telle que ½ × 2 × v² ≈ 98, soit v ≈ 9,9 m/s.

Les pièges fréquents

  • Oublier le ½ de la formule.
  • Oublier d’élever la vitesse au carré.
  • Utiliser une vitesse en km/h : convertissez d’abord en m/s (÷ 3,6).
  • Utiliser une masse en grammes au lieu de kilogrammes.
  • Croire que doubler la vitesse double l’énergie : elle est multipliée par 4.

Exercices corrigés

Cherchez d’abord la réponse, puis ouvrez la correction.

  1. Quelle est l’énergie cinétique d’une masse de 2 kg à 3 m/s ?

    Voir la correction
    1. v² = 9
    2. ½ × 2 × 9 = 9

    Réponse : 9 J

  2. Quelle est l’énergie cinétique d’une masse de 10 kg à 10 m/s ?

    Voir la correction
    1. v² = 100
    2. ½ × 10 × 100 = 500

    Réponse : 500 J

  3. On triple la vitesse d’un objet. Par combien son énergie cinétique est-elle multipliée ?

    Voir la correction
    1. 3² = 9

    Réponse : Par 9

  4. Un ballon de 0,5 kg est lancé à 20 m/s. Quelle est son énergie cinétique ?

    Voir la correction
    1. v² = 400
    2. ½ × 0,5 × 400 = 100

    Réponse : 100 J

  5. Une masse de 4 kg possède 200 J d’énergie cinétique. Quelle est sa vitesse ?

    Voir la correction
    1. v² = 2 × 200 ÷ 4 = 100
    2. v = 10

    Réponse : 10 m/s

  6. Une voiture de 1 200 kg roule à 36 km/h. Quelle est son énergie cinétique ?

    Voir la correction
    1. 36 km/h = 10 m/s
    2. ½ × 1 200 × 100 = 60 000

    Réponse : 60 000 J

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