Transcription de la vidéo
Un objet est mis en mouvement par une force initiale 𝐹 qui agit en diagonale vers le haut, comme le montre la figure. L’objet subit un mouvement de projectile. Laquelle des courbes suivantes montre les changements de l’énergie potentielle gravitationnelle de l’objet entre le départ du sol et son retour au sol ? (A), (B), (C) ou (D)?
Dans cette question, on souhaite identifier le graphique qui montre correctement les changements de l’énergie potentielle gravitationnelle de l’objet pendant le mouvement du projectile.
Tout d’abord, regardons le diagramme. L’objet est initialement sur le sol. Cela signifie donc que l’énergie potentielle gravitationnelle initiale de l’objet est nulle. La force agit en diagonale vers le haut. Cela indique donc que l’objet a une vitesse horizontale initiale et une vitesse verticale initiale, toutes deux non nulles. L’objet subit un mouvement de projectile. Il accélère donc uniformément vers le bas tout au long de son mouvement en raison de l’accélération gravitationnelle, 𝑔. Cela signifie que l’accélération de la gravité, qui est toujours vers le bas, n’agit que sur la vitesse verticale. Et la vitesse horizontale sera toujours constante tout au long de l’intervalle de temps pendant lequel le projectile est en l’air, depuis le début.
Au début, le projectile aura une énergie cinétique due à la vitesse initiale, et on sait que, par conservation de l’énergie, s’il n’y a pas de frottement dans l’air, l’énergie cinétique de l’objet sera transformée en énergie potentielle gravitationnelle à mesure que la hauteur augmente. L’énergie cinétique de l’objet diminuera initialement car la vitesse verticale diminue en raison de l’accélération gravitationnelle 𝑔 agissant vers le bas. Cette diminution de l’énergie cinétique produit une augmentation de l’énergie potentielle gravitationnelle. Cela continuera jusqu’à ce que l’objet atteigne la hauteur maximale, où l’énergie cinétique sera à son minimum et l’énergie potentielle gravitationnelle sera à son maximum.
Ensuite, l’objet commencera à retomber sur le sol. Ainsi, l’énergie potentielle gravitationnelle diminuera et sera transformée en énergie cinétique. Maintenant que l’on sait comment l’énergie potentielle gravitationnelle change avec le temps, on peut regarder les courbes dans les propositions de réponse.
Le graphique (A) représente une augmentation linéaire de l’énergie potentielle gravitationnelle à une valeur maximale, puis diminue linéairement. Cependant, on peut rappeler que l’énergie cinétique est proportionnelle à la vitesse au carré. On sait également qu’en raison de la conservation de l’énergie, si l’énergie cinétique de l’objet diminue, l’énergie potentielle gravitationnelle de l’objet doit augmenter de la même quantité. Cela signifie donc que l’énergie potentielle gravitationnelle devrait changer de façon quadratique avec le temps, et non linéairement. Donc, le graphique (A) est incorrect.
Le graphique (B) montre une énergie potentielle gravitationnelle initiale non nulle et diminue linéairement jusqu’à une valeur minimale, puis augmente linéairement. Cela ne décrit pas correctement les changements de l’énergie potentielle gravitationnelle de l’objet. Donc, le graphique (B) est incorrect.
Le graphique (C) montre également une énergie potentielle gravitationnelle initiale non nulle et diminue jusqu’à une valeur minimale, puis augmente. Ceci est incorrect, donc le graphique (C) est incorrect.
Cela nous laisse avec le graphique (D), qui montre une augmentation de l’énergie potentielle qui n’est pas linéaire au fil du temps jusqu’à une valeur maximale, puis diminue jusqu’à ce qu’il retourne au sol. Par conséquent, la bonne réponse doit être le graphique (D). Le graphique (D) montre correctement les variations de l’énergie potentielle gravitationnelle de l’objet entre le départ du sol et son retour au sol.
