5ᵉ · Physique-Chimie · Mouvement & interactions (mécanique)
Décrire le mouvement d'un objet, c'est indiquer sa trajectoire (le chemin qu'il suit) et son sens de déplacement (dans quelle direction il va).
• Trajectoire rectiligne : le chemin est une droite (une bille sur une règle).
• Trajectoire circulaire : le chemin est un cercle (une nacelle de grande roue).
• Trajectoire curviligne : le chemin est une courbe quelconque (un ballon lancé).
Un objet est en mouvement ou immobile par rapport à un autre objet choisi comme repère : on l'appelle le référentiel. Un passager assis dans un train est immobile par rapport au train, mais en mouvement par rapport au sol. On dit que le mouvement est relatif : il faut toujours préciser « par rapport à quoi ».
On regarde comment évolue la vitesse au cours du temps :
• Uniforme : la vitesse ne change pas (elle reste constante).
• Accéléré : la vitesse augmente.
• Ralenti : la vitesse diminue.
La vitesse indique la distance parcourue pendant une durée. On la calcule en divisant la distance par la durée :
Si d est en mètres (m) et t en secondes (s), alors v est en mètres par seconde (m/s).
Exemple : 10 m/s = 36 km/h. Un piéton marche à environ 1,4 m/s, soit à peu près 5 km/h.
Avant de rentrer dans le cours, voyons à quoi sert ce chapitre. Décrire un mouvement, c'est répondre à des questions toutes simples : où va un objet, dans quel sens, et à quelle vitesse ? Dans les transports, le GPS de la voiture calcule sans arrêt ta vitesse et ta position pour t'annoncer l'heure d'arrivée.
Dans le sport, un entraîneur mesure la vitesse d'un sprinteur ou d'un nageur pour l'aider à progresser. Sur la route, les radars mesurent la vitesse des voitures pour la sécurité : plus on roule vite, plus la distance pour s'arrêter est longue. Dans tous ces exemples, on commence de la même façon : on choisit un objet, on choisit un repère considéré comme fixe, puis on suit sa position au cours du temps.
Regarde l'animation : un mobile qui laisse des traces à intervalles réguliers, c'est exactement ce que fait une caméra de sport.
Commençons par décrire le chemin suivi par un objet. Ce chemin s'appelle la trajectoire : c'est l'ensemble des positions occupées par l'objet au cours du temps. On classe les trajectoires selon leur forme.
Si le chemin est une droite, la trajectoire est rectiligne : par exemple une bille qui roule sur une règle. Si le chemin est un cercle, la trajectoire est circulaire : par exemple une nacelle sur une grande roue de fête foraine. Et si le chemin est une courbe quelconque, la trajectoire est curviligne : par exemple un ballon que l'on lance en cloche.
Pour décrire complètement le mouvement, il ne suffit pas de connaître la forme du chemin : il faut aussi préciser le sens, c'est-à-dire dans quelle direction l'objet avance sur cette trajectoire.
Voici une idée très importante : le mouvement est relatif. Cela veut dire qu'un objet peut être immobile ou en mouvement selon le repère que l'on choisit. Ce repère fixe s'appelle le référentiel.
Prenons un exemple. Un passager est assis dans un train qui roule. Par rapport au train, ce passager est immobile : il ne change pas de place dans le wagon.
Mais par rapport au sol, ce même passager est en mouvement, puisqu'il avance avec le train. Le passager est donc à la fois immobile et en mouvement, tout dépend du point de vue. Ce n'est pas une contradiction : c'est la relativité du mouvement.
Retiens bien la règle : on ne peut jamais dire qu'un objet bouge sans préciser par rapport à quel référentiel.
Parlons maintenant de la nature du mouvement, qui décrit comment évolue la vitesse. Si la vitesse ne change pas au cours du temps, le mouvement est dit uniforme. Si la vitesse augmente, le mouvement est accéléré.
Et si la vitesse diminue, le mouvement est ralenti. Comment le repérer sur une image ? On photographie l'objet à intervalles de temps réguliers, par exemple toutes les demi-secondes, et on note ses positions.
Si les positions sont espacées de façon régulière, la vitesse est constante : le mouvement est uniforme. Si les écarts entre les positions augmentent, l'objet va de plus en plus vite : le mouvement est accéléré. Et si les écarts diminuent, l'objet ralentit.
C'est exactement ce que montre une caméra de sport ou un radar de chantier.
Voyons maintenant comment chiffrer la rapidité d'un mouvement. La vitesse se calcule en divisant la distance parcourue par la durée mise pour la parcourir. On écrit : v égale d divisé par t.
Si la distance d est en mètres et la durée t en secondes, alors la vitesse v est en mètres par seconde. Attention à ne pas inverser : c'est bien la distance divisée par la durée, jamais l'inverse. Par exemple, si un coureur parcourt cent mètres en vingt secondes, sa vitesse vaut cent divisé par vingt, soit cinq mètres par seconde.
Plus la distance parcourue est grande dans le même temps, plus la vitesse est grande. Et pour la même distance, plus on met de temps, plus la vitesse est petite.
Dans la vie courante, on ne parle pas de mètres par seconde mais de kilomètres par heure : le compteur d'une voiture affiche des kilomètres par heure. Il faut donc savoir passer d'une unité à l'autre. Pour convertir des mètres par seconde en kilomètres par heure, on multiplie par trois virgule six.
Et dans l'autre sens, pour passer des kilomètres par heure aux mètres par seconde, on divise par trois virgule six. Par exemple, dix mètres par seconde, cela fait dix fois trois virgule six, soit trente-six kilomètres par heure. Ce petit nombre, trois virgule six, est à connaître par cœur : c'est la clé de toutes les conversions de vitesse.
Un bon repère : un piéton marche à environ cinq kilomètres par heure, une voiture en ville roule à cinquante.
12 des 31 questions de ce chapitre. Les réponses, et les explications de chacune, sont dans l'application.