Physique · 09 / 12
Travail d’une force et bilan d’énergie
Première · Exemple résolu et 4 exercices corrigés, à ton rythme.
Le principe, simplement
Pour une force constante pendant un déplacement rectiligne, son travail vaut W=Fd cos α. L’angle α sépare force et déplacement. Un travail positif favorise le déplacement ; négatif, il s’y oppose. Le théorème de l’énergie cinétique relie la variation de Ec à la somme des travaux des forces appliquées au système, dans le cadre choisi.
- 01Force et trajet
- 02Angle
- 03Travail signé
- 04Bilan de toutes les forces
EXEMPLE RÉSOLU
Du cours au raisonnement
Une force de 10 N parallèle au déplacement de 3 m effectue 30 J de travail. Perpendiculaire, elle effectue 0 J. Opposée au déplacement, son travail vaut −30 J.
Résoudre un problème dans cette matière
- Dessiner le système
Délimite l’objet étudié, le référentiel et l’axe positif. Sur un bilan de forces, dessine les interactions extérieures ; une flèche est une force appliquée au système.
- Trier les grandeurs
Sépare données et inconnues, puis convertis les unités avant substitution. Écris 36 km/h = 10 m/s ; ne remplace pas 36 directement dans une formule en unités SI.
- Écrire le modèle
Choisis une loi qui correspond aux hypothèses : accélération constante, lentille mince, résistance ohmique… Isole symboliquement l’inconnue avant d’arrondir.
- Interpréter
Vérifie les dimensions et le signe. Une vitesse négative indique un sens sur l’axe choisi. Discute l’ordre de grandeur et ce que le modèle ignore.
À TOI DE JOUER
01 · Une tentative avant la correction
Une force de frottement de 4 N s’oppose à un déplacement de 5 m. Quel est son travail ?
Un indice
L’angle vaut 180° ; cos vaut −1.
Voir et comprendre la correction
W=4×5×(−1)=−20 J. Le signe négatif indique un transfert qui réduit l’énergie cinétique si aucun autre travail ne compense.
Compare la méthode, les conditions et le résultat ; indique précisément ce que tu dois reprendre.
PROGRESSER PAR LA PRATIQUE
Trois défis supplémentaires, avec correction
Commence par le premier défi. Écris ta démarche avant d’ouvrir un indice ; utilise la correction pour retrouver la première étape qui bloque.
Une force de 10 N agit dans le sens d’un déplacement de 3 m. Calcule son travail.
Un indice pour démarrer
W = Fd cos(θ).
Correction étape par étape
- Le déplacement et la force sont parallèles : θ = 0.
- cos(0) = 1, donc W = 10 × 3.
- Le travail est +30 J : la force est motrice.
Quelle étape avais-tu oubliée ? Refais cet exercice sans aide, puis explique pourquoi la méthode fonctionne.
Un frottement de 5 N s’oppose à un trajet de 4 m. Quel travail ?
Un indice pour démarrer
L’angle entre force et déplacement est 180°.
Correction étape par étape
- cos(180°) = −1.
- W = 5 × 4 × (−1) = −20 J.
- Un travail négatif réduit l’énergie cinétique si les autres travaux sont nuls.
Quelle étape avais-tu oubliée ? Refais cet exercice sans aide, puis explique pourquoi la méthode fonctionne.
Un corps de 2 kg part au repos. La somme des travaux est 25 J. Trouve sa vitesse finale.
Un indice pour démarrer
Le théorème de l’énergie cinétique donne ΔEc.
Correction étape par étape
- Ec finale = 25 J puisque Ec initiale = 0.
- mv²/2 = 25 ; avec m = 2, v² = 25.
- La vitesse vaut 5 m/s.
Quelle étape avais-tu oubliée ? Refais cet exercice sans aide, puis explique pourquoi la méthode fonctionne.
L’erreur à éviter
Une force non nulle peut avoir un travail nul. Vérifie l’angle et les hypothèses avant d’utiliser Fd.
Sans tes notes, peux-tu…
- Expliquer le principe avec tes mots ?
- Reconstruire le schéma et ses liens ?
- Résoudre l’exercice et justifier la méthode ?
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