Saut à la perche, Asie 2020 Exercice type-brevet

Le saut à la perche est une discipline olympique. Le sportif (appelé « perchiste ») cherche à s'élever le plus haut possible au-dessus d'une barre horizontale. Le document suivant est une décomposition schématique de ce saut en phases successives.

Document : phases successives du saut à la perche

Phase 1 : course
Phase 2 : flexion de la perche
Phase 3 : détente de la perche
Phase 4 : franchissement de la barre
Phase 5 : mouvement descendant

Durant les phases 2, 3 et 4 le perchiste est en mouvement ascendant.

À la fin d'une course, la vitesse d'un perchiste atteint la valeur de 10 m/s.

Parmi les propositions suivantes, laquelle correspond à l'expression correcte de l'énergie cinétique ?

E_C = \dfrac{1}{2 }\times m \times v^2

E_C = \dfrac{1}{2 }\times m \times v

E_C =2\times m \times v^2

E_C =2\times m^2 \times v

Quelles sont les unités de toutes les grandeurs physiques de l'expression de l'énergie cinétique ?

Le joule (J) pour l'énergie
Le kilogramme (kg) pour la masse
Le mètre par seconde (m/s) pour la vitesse

Le joule (J) pour l'énergie
Le gramme (g) pour la masse
Le kilomètre par heure (km/h) pour la vitesse

Le watt (W) pour l'énergie
Le kilogramme (kg) pour la masse
Le mètre par seconde (m/s) pour la vitesse

Le watt (W) pour l'énergie
Le kilogramme (kg) pour la masse
Le kilomètre par heure (km/h) pour la vitesse

Quelle est la valeur de cette énergie cinétique si la masse du perchiste est de 80 kg et si sa vitesse est de 10 m/s ?

E_{C\text{(J)}} = \dfrac{1}{2 }\times m_{\text{(kg)}} \times v^2_{\text{(m/s)}}= \dfrac{1}{2 }\times 80 \times 10^2= 4 \ 000 \text{ J}

E_{C\text{(J)}} = \dfrac{1}{2 }\times m_{\text{(kg)}} \times v^2_{\text{(m/s)}}= \dfrac{1}{2 }\times 80 \times (\dfrac{10}{3{,}6})^2= 4 \ 000 \text{ J}

E_{C\text{(J)}} = \dfrac{1}{2 }\times m_{\text{(kg)}} \times v^2_{\text{(m/s)}}= \dfrac{1}{2 }\times 80 \times (\dfrac{10}{3{,}6})^2= 400 \text{ J}

E_{C\text{(J)}} = \dfrac{1}{2 }\times m_{\text{(kg)}} \times v^2_{\text{(m/s)}}= \dfrac{1}{2 }\times 80 \times 10^2= 400 \text{ J}

Au cours de la phase 5, le perchiste effectue un mouvement descendant après avoir franchi la barre.

Pendant cette phase, quelle est la forme d'énergie qui diminue et quelle est celle qui augmente ? Justifier.

L'énergie potentielle diminue et l'énergie cinétique augmente.

L'énergie potentielle diminue et l'énergie élastique augmente.

L'énergie potentielle augmente et l'énergie cinétique diminue.

L'énergie potentielle augmente et l'énergie élastique diminue.

Lors d'un saut, une partie de l'énergie cinétique du perchiste est transférée à la perche qui la stocke sous forme d'énergie potentielle élastique. Plus la flexion de la perche est importante et plus cette énergie potentielle élastique est grande. La perche restitue ensuite une partie de cette énergie au perchiste.

Quelle proposition est correcte ?

Pendant la phase de flexion, la perche stocke de l'énergie potentielle élastique. Elle restitue de l'énergie au perchiste lors de la phase de détente.

Pendant la phase de détente, la perche stocke de l'énergie potentielle élastique. Elle restitue de l'énergie au perchiste lors de la phase de flexion.

Pendant la phase ascendante, la perche stocke de l'énergie potentielle élastique. Elle restitue de l'énergie au perchiste lors de la phase descendante.

Pendant la phase descendante, la perche stocke de l'énergie potentielle élastique. Elle restitue de l'énergie au perchiste lors de la phase ascendante.

Les perches sont numérotées selon leur indice de flexion. Plus l'indice de flexion est petit, plus la perche est rigide et plus il est difficile de la courber. Une perche est capable de stocker d'autant plus d'énergie potentielle élastique que son indice de flexion est faible.
Pour réaliser une bonne performance, l'athlète doit choisir une perche adaptée. Les sauteurs expérimentés ou plus lourds prennent des perches rigides. Les débutants qui ont moins de vitesse ou les sauteurs légers choisissent des perches plus flexibles. Le tableau suivant présente quelques caractéristiques des conditions dans lesquelles trois grands champions ont battu des records au saut à la perche :

Perchiste	Masse du sportif (kg)	Vitesse maximale (m/s)	Longueur de la perche (m)	Indice de flexion de la perche	Record personnel (m)
Renaud Lavillenie (France)	70	9,90	5,20	13,8	6,16 (en 2014)
Sergueï Bubka (Ukraine)	80	9,94	5,20	10,6	6,15 (en 1993)
Steven Hooker (Australie)	85	9,75	5,20	11,1	6,06 (en 2009)

Quel est l'athlète qui a choisi la perche la plus rigide ?

Sergueï Bubka

Renaud Lavillenie

Steven Hooker

Pourquoi Renaud Lavillenie a-t-il choisi une perche plus flexible que celle de Sergueï Bubka ?

Car c'est un sauteur plus léger.

Car c'est un sauteur plus lourd.

Car c'est un sauteur plus rapide.

Car c'est un sauteur moins rapide.