Simulation de l'énergie cinétique et potentielle

L'énergie ne se perd jamais, elle se transforme d'une forme en une autre. Un skateur en haut d'une piste possède de l'énergie emmagasinée (potentielle), m g h, qui dépend de la masse, de la gravité et de la hauteur. En descendant, elle se transforme en énergie de mouvement (cinétique), ½ m v², et le skateur accélère ; en remontant de l'autre côté, elle se transforme à nouveau. Sans frottements, la somme des deux reste toujours la même, donc un skateur lâché d'une hauteur h atteint en bas une vitesse v = √(2gh), quelle que soit la forme de la piste et quelle que soit sa masse, car la masse s'élimine. Les frottements transforment une partie de l'énergie en énergie thermique (chaleur) : le skateur remonte un peu moins haut à chaque passage et finit par s'arrêter, mais le total, chaleur comprise, est exactement celui du départ. Ce modèle fait glisser le skateur comme un point sur la piste, sans roulement ni résistance de l'air, et le garde sur la piste comme dans des montagnes russes. Les élèves peuvent modifier la masse et la gravité et comparer ce qui se passe. Utilisez-la pour la démarche d'investigation en physique avec Niveau 5, Collège et Lycée, au vidéoprojecteur ou sur l'appareil de chaque élève.

• Faites glisser le skateur à différentes hauteurs et voyez comment la vitesse en bas change
• Montez et descendez la masse : les barres changent de taille mais le trajet reste exactement le même
• Passez de la Lune à la Terre puis à Jupiter et comparez la vitesse en bas
• Ajoutez un peu de frottement et regardez la barre thermique grandir pendant que le total reste le même
• Essayez les trois pistes et découvrez si la forme change la vitesse en bas
• Sur la piste des collines, trouvez le départ le plus bas qui permet encore au skateur de passer la colline

1. 1Prédire l'effet d'une modification de la masse sur la vitesse en bas, puis vérifier la prédiction.
2. 2S'appuyer sur le calcul en direct et la représentation visuelle pour expliquer le résultat.

Questions fréquentes des enseignants