EXERCICES : ENERGIE ET PUISSANCE

EXERCICES : ENERGIE ET PUISSANCE


Exercice 1 : Travail d'une force de traction.
Un véhicule automobile roule en ligne droite sur une distance de 12,0 km.
Il est entraîné par une force de traction de 1600 N.
Calculer :
1. Le travail de la force de traction lorsque ce déplacement s'effectue
sur le plat.
2. Le travail de la force de traction lorsque ce déplacement s'effectue
sur une pente ascendante d'angle 5° par rapport à l'horizontale.
3. Que devient ce travail dans les deux cas de figure précédent ?
Quelle(s) grandeur(s) physique(s) est (seront) modifiée(s) ?
4. Montrer que, si la vitesse reste constante pendant tout le trajet, la
puissance de la force de traction est égale au produit de cette force
par la vitesse du véhicule. Calculer cette puissance quand v = 85,0
km/h.

Exercice 2 : Alberto Contador dans la montée du Plateau de Beille.
Dans la montée du plateau de Beille (15,9 km à 7,83%, dénivelé 1255 m), le
cycliste Alberto Contador a effectué les performances suivantes lors du
précédent Tour de France :
Vitesse moyenne : 21,54 km/h
Puissance moyenne développée pour 78 kg avec vélo : 431 W ( !)
Durée de l'ascension : 44'17''
(Source : http://www.cyclismag.com/article.php?sid=3466)
1. A votre avis, par quelle méthode est-il possible d'évaluer la
puissance moyenne développée ?
2. Calculer la force de traction moyenne développée.
3. Calculer l'énergie dépensée par le cycliste lors de l'ascension à
l'aide des deux relations possibles. Comparer. D'où vient cette
énergie ?
4. Calculer l'énergie potentielle de pesanteur stockée par le cycliste
lors de l'ascension. Que constatez-vous ? Pourquoi ?
5. Pour rentrer à son hôtel, le cycliste redescend dans la vallée. Que
devient l'énergie potentielle stockée ?

Exercice 3 : Bilan énergétique d'un lève-vitre électrique.
Un moteur d'un lève-vitre d'une automobile, à courant continu et à aimant
permanent, a son induit alimenté par une tension constante U = 13 V. Cet
induit absorbe une intensité constante de 13,5 A durant une man?uvre. une
man?uvre comprend une montée et une descente de la vitre. La durée totale
de cette opération est égale à 6 secondes.
1. Calculer l'énergie électrique WM absorbée par ce moteur lorsque l'on
effectue 100 man?uvres.
2. Calculer l'énergie chimique WC fournie par la combustion du carburant
pour effectuer ces 100 man?uvres sachant que le rendement WM / WC est
égal à 25 %.
3. Sachant que 1 litre de carburant peut fournir par combustion une
énergie de 32000 kJ, calculer, en mL, le volume V de ce super
carburant consommé pour ces 100 man?uvres.

Exercice 4 : Skieur et télésiège.
Un skieur de masse m = 65 kg emprunte un télésiège de longueur l = 2 km et
de dénivelé d = 700 m. Arrivé en haut de la piste, il descend celle-ci pour
retourner au départ du télésiège.
On donne : g = 9,8 m.s-2, accélération de pesanteur terrestre supposée
constante.

1. Calculer le travail de la force exercé par le télésiège sur le skieur,
ainsi que le travail de la force de pesanteur sur le skieur.
2. Que peut-on dire de l'énergie interne du skieur entre le bas et le
haut de la piste ? Quelle est la nature de l'énergie stockée ?
3. Le skieur atteint la vitesse de 35 km/h. Calculer l'énergie cinétique
emmagasinée.
4. Quand le skieur descend la piste, que devient son énergie interne ? Où
part la différence ?
5. On suppose que la température de la neige est de ? = 0 °C et que la
totalité de l'énergie potentiel de pesanteur stockée par le skieur
lors de la montée est transférée à la neige lors de la descente.
La chaleur latente de fusion de l'eau vaut Lf = 333,7 kJ.kg-1 et
correspond à la quantité de chaleur (énergie thermique) qu'il faut
céder à 1 kg d'eau solide pour le transformer en eau liquide.
Calculer le masse, puis le volume en litre et m3 de neige que le
skieur fait fondre lors de la descente de la piste.
Cette valeur est-elle surévaluée ou sous-évaluée compte tenu des
approximations effectuées ?
6. Lorsque le télésiège fonctionne à vide (il ne transporte pas de
skieurs), effectuer un bilan énergétique depuis la source d'énergie,
jusqu'à la consommation.
7. Même question lorsque le télésiège fonctionne en charge (il transporte
des skieurs).

Exercice 5 : Bilan de puissance d'un moteur à courant continu.
On considère un moteur à courant continu dont les valeurs nominales sont
les suivantes :
Tension d'alimentation : UN = 250 V. Intensité du courant : IN = 12 A.
Résistance de l'induit : R = 4,5 ?. La fréquence de rotation : n = 1500
tr/min.

1. On réalise un essai à vide du moteur sous la fréquence rotation
nominale. On mesure UV = 200 V et IV = 0,8 A.
1. Calculer la valeur de la tension d'alimentation du moteur lors
de cet essai.
2. Calculer la valeur de la puissance absorbée à vide.
3. Que vaut la puissance utile du moteur à vide ? Que devient la
puissance absorbée à vide par le moteur ?
4. Calculer les pertes par effet Joule lors du fonctionnement à
vide.
5. Calculer la valeur des pertes autres que par effet Joule.


2. Le moteur fonctionne maintenant au régime nominal.
1. Calculer la puissance absorbée par le moteur.
2. Calculer la valeur des pertes par effet Joule.
3. Donner la valeur des pertes autres que par effet Joule en
supposant qu'elles ne dépendent que de la fréquence de rotation.
En déduire l'intérêt d'effectuer l'essai à vide sous la
fréquence de rotation nominale du moteur.
4. Calculer la puissance utile du moteur.
5. Calculer le rendement du moteur.


Exercice 6 : Groupe électrogène.
On considère un groupe électrogène constitué d'un moteur diesel et une
transmission permettant de mettre en rotation un alternateur. L'ensemble
sert d'alimentation de secours à une installation électrique de 14,5 kW. Un
sectionneur permet de séparer l'alternateur de l'installation électrique.
1. Donner un schéma du dispositif en y insérant la chaîne énergétique (il
faut faire apparaître le type d'énergie absorbée, fournie et perdue
par chaque élément).
2. Le rendement du moteur diesel est de 35 %, celui de la transmission de
60%, celui de l'alternateur est 92%. Calculer le rendement global du
groupe électrogène.
3. Calculer la puissance absorbée par le moteur lorsque l'alternateur
fournit les 14,5 kW à l'installation électrique.
4. Calculer l'énergie fournit par le carburant pour 1 h de
fonctionnement.
5. Sachant que le pourvoir énergétique d'un litre de gasoil est de 50 900
kJ/l, calculer la consommation de carburant pour 1 h de
fonctionnement.

Exercice 7 : Interrupteur électronique.
Un technicien relève, en on concordance de temps les oscillogrammes de la
tension aux bornes d'un interrupteur électronique (ici un transistor)
permettant le fonctionnement d'un hacheur série. Afin de les rendre
conforme avec son cours de physique, il « lisse » les oscillogrammes
obtenues et obtient les chronogrammes suivants :




















1. Donner l'état de l'interrupteur (ouvert ou fermé) sur chacun des
intervalles de temps considéré en expliquant votre raisonnement.
2. Tracer le graphe de la puissance absorbée par le transistor en
fonction du temps.
3. Montrer que le lissage effectué par le technicien correspond au modèle
du transistor sans perte.
-----------------------
0

10

25

0

10

25

t (ms)

35

60

70

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