Section 12 OCOM C440.10 – DISCUTER DE L’ÉNERGIE CINÉTIQUE ET DE L’ÉNERGIE POTENTIELLE
Les ressources nécessaires à l'enseignement de cette leçon sont énumérées dans la description de leçon qui se trouve dans la publication A-CR-CCP-804/PG-002, Norme de qualification et plan du niveau quatre, chapitre 4. Les utilisations particulières de ces ressources sont indiquées tout au long du guide pédagogique, notamment au PE pour lequel elles sont requises.
Réviser le contenu de la leçon pour se familiariser avec la matière avant de l'enseigner.
Photocopier l’annexe A pour chaque groupe de quatre cadets pour le PE 3.
Rassembler les matériaux requis pour les activités des PE 1 à 3.
S.O.
Une activité en classe a été choisie pour cette leçon, parce que c’est une façon interactive de stimuler l’esprit au sujet de l’énergie et de stimuler l’intérêt des cadets à l’égard de l’énergie cinétique et de l’énergie potentielle.
S.O.
À la fin de cette leçon, le cadet doit être en mesure de discuter de l’énergie cinétique et potentielle.
Il est important que les cadets comprennent la relation entre l’énergie cinétique et l’énergie potentielle pour qu’ils puissent reconnaître les conditions, les applications et les effets des systèmes de propulsion, notamment dans un environnement de microgravité.
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Point d’enseignement 1
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Explorer le stockage et la conversion de l’énergie cinétique
et de l’énergie potentielle dans un système avec
gravité
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Durée : 5 min
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Méthode : Activité en classe
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Énergie cinétique. Énergie du mouvement. Un yo-yo qui tombe a une énergie cinétique.
Énergie potentielle. Énergie inhérente à un objet. Un yo-yo tenu au-dessus du sol a une énergie potentielle parce que la gravité l’attire vers le bas.
L’énergie cinétique peut être transformée en énergie potentielle et l’énergie potentielle retransformée en énergie cinétique. Ceci peut s’observer lors des actions successives d’un yo-yo, à mesure qu’il passe d’un cycle à l’autre.
Avant qu’il entame sa descente, le yo-yo possède une énergie inhérente en raison de sa position au-dessus du sol. À la pointe de son cycle, il possède un maximum d’énergie potentielle. À mesure qu’il tombe, l’énergie potentielle se transforme en énergie cinétique de chute—mais la ficelle enroulée autour de son axe transforme l’énergie cinétique de chute en énergie cinétique de rotation.
Lorsque le yo-yo arrive en bas, son énergie potentielle a été transformée en énergie cinétique de chute, qui a ensuite été transformée en rotation. Le yo-yo dispose désormais de son énergie cinétique maximum de rotation. Lorsque le yo-yo arrive au bas de son cycle et que la ficelle est tendue raide, son énergie cinétique de rotation peut être utilisée par un joueur de yo-yo compétent pour rembobiner la ficelle autour de l’axe du yo-yo. Il est utile d’ajouter de l’énergie à chaque cycle du yo-yo en accélérant sa course vers le bas. Ceci est nécessaire en raison des pertes d’énergie causées par la friction.
L’objectif de cette activité est de demander aux cadets d’explorer le stockage et la conversion de l'énergie cinétique et de l’énergie potentielle dans un système de gravité au moyen d'un yo-yo.
Un yo-yo par cadet.
S.O.
1.Remettre un yo-yo à chaque cadet.
2.Expliquer les règles de cette compétition :
Les cadets doivent se tenir debout pour manipuler leurs yo-yos.
Les yo-yos doivent être uniquement utilisés à la verticale.
Les cadets doivent retourner à leurs sièges lorsque leurs yo-yos s'arrêtent.
Le dernier cadet encore debout gagne la compétition.
3.Demander aux cadets de se préparer en enroulant la ficelle autour de l’axe du yo-yo.
4.Au commandement, demander aux cadets de commencer à faire tourner leur yo-yo.
Les cadets doivent veiller à ne pas frapper quelqu’un ou quelque chose avec leur yo-yo.
La participation des cadets à l’activité de yo-yo servira de confirmation de l’apprentissage de ce PE.
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Point d’enseignement 2
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Explorer le stockage et la conversion de l’énergie
cinétique et de l’énergie potentielle dans un système
élastique
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Durée : 5 min
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Méthode : Activité en classe
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Un élastique qui vole en l’air dispose d'une énergie cinétique. Lorsqu'une bande élastique est étirée, elle augmente son énergie potentielle. Lorsque l’élastique est relâché, l’énergie potentielle stockée se transforme en énergie cinétique de mouvement. |
L’objectif de cette activité est de demander aux cadets d’explorer le stockage et la conversion de l'énergie cinétique et de l’énergie potentielle dans un système élastique dans le cadre d’une compétition visant à atteindre une cible.
Des élastiques de deux différentes couleurs.
1.Dégager un espace d’au moins 3 m de chaque côté d’une ligne de 2 m de longueur sur le plancher.
2.Placer une corbeille de papier vide à 3 m de la ligne.
1.Diviser les cadets en deux équipes.
2.Donner à chaque équipe trois élastiques par cadet, une couleur pour chaque équipe.
3.Demander à un membre de chaque équipe d’avancer jusqu’à la ligne et d’essayer de projeter un élastique dans la corbeille en l’étirant puis en le relâchant.
4.Demander à chaque cadet de répéter l’étape 3 trois fois.
5.Déclarer l’équipe gagnante fondée sur l’équipe ayant le plus de bandes élastiques dans la corbeille.
Les cadets ne doivent pas viser une autre personne avec un élastique.
La participation des cadets à l’activité des élastiques servira de confirmation de l’apprentissage de ce PE.
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Point d’enseignement 3
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Explorer les effets de la vitesse et de la masse dans la dépense
énergétique
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Durée : 15 min
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Méthode : Activité en classe
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Ce PE consiste à faire plusieurs cratères de tailles différentes. Signaler aux cadets les caractéristiques des cratères qu’ils créent, tel qu’illustré à la figure 1 (Cratère lunaire Aristarque de 42 km de diamètre situé à l’ouest de la mer des Pluies). |
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L’énergie d’un objet en déplacement est égale à sa masse (son poids) multipliée par le carré de sa vitesse, ou E = mv2. Un objet qui voyage deux fois plus vite aura donc une énergie quatre fois plus grande à l’impact et un objet qui voyage trois fois plus vite aura une énergie neuf fois plus grande à l’impact. |
L’objectif de cette activité est de demander aux cadets d’examiner les effets de la vitesse et de la masse dans la dépense énergétique en créant une série de cratères.
le tableau de données sur les cratères d’impact qui se trouve à l’annexe A,
des baquets de plastique d’environ 10 cm de profondeur, 20 cm de largeur et 30 cm de longueur,
une règle graduée en millimètres,
du sable (remplissant la moitié du baquet),
de la fécule de maïs (remplissant la moitié du baquet),
des impacteurs, y compris :
des billes de tailles diverses,
des roulements à billes de tailles diverses,
des boules en bois de tailles diverses, et
des balles de golf.
1.Placer un baquet rempli d’un mélange de sable sec et de fécule de maïs au centre d’une aire dégagée à au moins 3 m de chaque côté.
2.Au cours de cette activité, le mélange de sable peut tomber sur le sol et la fécule être répandue dans l'air. Étaler du papier journal sous les bacs pour les éclaboussements ou faire l'activité à l’extérieur.
1.Répartir les cadets en groupes d'au plus quatre personnes.
2.Remettre à chaque groupe un tableau de données sur les cratères d’impact qui se trouve à l’annexe A.
3.Demander aux cadets de laisser tomber des corps impacteurs de tailles diverses dans le baquet rempli d’un mélange de sable et de fécule à partir d’une hauteur de 30 cm tel qu'indiqué à l’annexe A.
4.Demander aux cadets de mesurer les cratères produits puis de choisir un corps impacteur efficace pour l’exercice suivant (un corps impacteur efficace produira un maximum de rayonnements, de murs, un bord soulevé et un éjecta tel qu'illustré à la figure 1, mais il peut ne pas pouvoir produire de soulèvement central).
5.Demander aux cadets de lisser et de remettre la surface du matériau en état dans le bac avant chaque impact. Le matériau n’a pas besoin d’être tassé.
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Secouer ou incliner le bac d’un côté à l’autre produit une surface lisse. Le contrôle expérimental s’améliore lorsque les matériaux sont manipulés régulièrement. Par exemple, les cratères produits peuvent varier si le matériau est tassé pour certains essais et pas tassé pour d’autres. |
6.Expliquer aux cadets qu’en raison de la faible vitesse des corps impacteurs par rapport à la vitesse des véritables corps impacteurs, les cratères d’impact expérimentaux peuvent ne pas avoir de bords ni de soulèvements centraux prononcés.
7.Demander aux cadets de laisser tomber le corps impacteur à partir de hauteurs croissantes et d’inscrire leurs données tel qu’indiqué à l’annexe A.
8.Demander aux cadets d’analyser leurs résultats. Ils doivent observer que plus grande est la hauteur de largage résultant en une augmentation de vitesse du corps impacteur, plus grand est le cratère et plus loin l'éjecta s’étend.
S.O.
La participation des cadets à l’activité du cratère servira de confirmation de l’apprentissage de ce PE.
La participation des cadets à l’exploration du stockage et de la conversion de l’énergie cinétique et de l’énergie potentielle dans un système gravitationnel, la conversion de l’énergie cinétique et de l’énergie potentielle dans un système élastique, et les effets de la vitesse et de la masse sur la dépense énergétique, servira de confirmation de l’apprentissage de cette leçon.
S.O.
S.O.
Un engin spatial non propulsé a l’énergie cinétique qui a été obtenue de l’énergie potentielle conservée dans son carburant. Une bonne compréhension de la relation entre l’énergie cinétique et l’énergie potentielle aide à reconnaître les conditions, les applications et les effets des systèmes de propulsion.
Les cadets qui ont la qualification en aérospatiale avancée peuvent aider pour cette leçon.
C3-262 Agence spatiale canadienne. (2003). Le mouvement orbital : L’énergie. Extrait le 30 septembre 2008 du site http://www.space.gc.ca/eng/educators/resources/orbital/energy.asp
C3-263 EG-1997-10-116-HQ NASA. (1997). Exploring the moon: A teacher's guide with activities. Extrait le 30 septembre 2008 du site http://lunar.arc.nasa.gov/education/pdf/expmoon.pdf
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