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Combien d’énergie produit-on en montant des escaliers?

Apprendre à calculer l’énergie produite quand on monte des escaliers.

Combien d’énergie produit-on en  montant des escaliers?

Âge

15-17

Temps

1-30 min

Concepts

les forces

Compétences

mathématiques

à l’intérieur

Vous avez besoin

  • Escaliers
  • Ruban à mesurer
  • Balance
  • Chronomètre ou montre qui indique les secondes

Mesures à prendre

  1. Mesurez en mètres (m) la hauteur verticale d’un escalier (ou d’une partie d’un escalier que vous pouvez mesurer facilement). La hauteur verticale est la distance directe entre le plancher de l’étage supérieur et celui au bas de l’escalier (sans emprunter la pente de l’escalier).
  2. Déterminez votre masse corporelle, en kilogrammes (kg), à l’aide de la balance.
  3. Chronométrez le nombre de secondes (s) que vous prenez pour monter les escaliers en courant.
  4. La puissance (P) utilisée égale le travail (W) fourni divisé par le temps (t) écoulé (P = W/t). Afin de déterminer le travail fourni, calculez la force (f) exercée sur une distance (d) donnée (W = f • d). Dans ce cas, la force est calculée en multipliant l’accélération gravitationnelle (9,81 m/s2) par votre masse corporelle (en kg)
  5. Pour résumer :

    Puissance = travail/temps
    Force = (accélération gravitationnelle) x masse corporelle x distance/temps

    Puissance = 9,81 m/s2 x kg x m / s ou 9,81 watts (NOTE : Le watt est une unité de puissance qui égale kg• m2/s3)
  6. Par exemple, le calcul suivant déterminerait la puissance générée par une personne ayant une masse corporelle de 54 kg qui prend 5 secondes pour monter un escalier dont la hauteur verticale est de 3 mètres.

    Puissance = [g (9,81 m/s2) • masse (kg) • hauteur verticale (m)] / temps (s) = watts

    = (9,81 m/s2 • 54kg • 3m) / 5 s
    = 318 W

Découvertes

Qu’est-ce qui se passe?

La plupart des gens associent la puissance avec les muscles et la force musculaire – plus gros sont les muscles et plus grande serait donc la puissance. Cela n’est que partiellement vrai. De plus petits muscles qui sont bien tonifiés peuvent générer une plus grande puissance que de plus gros muscles qui ne sont pas bien tonifiés. C’est pourquoi des athlètes qui ont l’air petits sont capables de si grands exploits de force et d’endurance. La puissance correspond au rythme avec lequel le travail est fourni. Plus la puissance sera élevée, plus il sera possible de fournir de travail pendant une période donnée. Chez les sportifs, l’athlète qui génère la plus grande puissance sera plus rapide, ira plus loin, sautera plus haut, etc. En fin de compte, la puissance qu’un athlète peut générer dépend de la qualité et du nombre de ses entraînements et de sa préparation pour son sport.

Pourquoi est-ce important?

La puissance se mesure en watts, la même unité qu’on utilise pour classer les ampoules électriques. Une ampoule qui génère un plus grand nombre de watts est plus brillante. L’athlète qui génère un plus grand nombre de watts aura de meilleurs résultats sportifs. Une condition physique supérieure vous permettra de monter des escaliers ou une colline plus rapidement et de générer ainsi un plus grand nombre de watts.

Allez plus loin!

  • Comment pourriez-vous augmenter la puissance que vous générez en montant des escaliers?
  • Comment détermineriez-vous la puissance nécessaire pour monter une pente de ski ou de glissade?
  • Quels autres facteurs peuvent influencer la puissance dont vous aurez besoin? (pensez à des situations comme marcher dans la neige, contre le vent, sur un terrain inégal, etc.)