Mouvements et vitesse
Référentiel, trajectoire, vitesse moyenne, mouvements uniformes et variés, relativité du mouvement.
1. Décrire un mouvement
Définition · Référentiel
Le mouvement d'un objet se décrit toujours par rapport à un référentiel (un objet de référence). Un même objet peut être immobile dans un référentiel et en mouvement dans un autre : c'est la relativité du mouvement.
Définition · Trajectoire
La trajectoire est l'ensemble des positions occupées par un point de l'objet : rectiligne, circulaire ou curviligne.
2. La vitesse
Propriété · Vitesse moyenne
$$v = \dfrac{d}{t}$$en m/s (ou km/h) ; $1$ m/s $= 3{,}6$ km/h.
Propriété · Nature du mouvement
- Uniforme : la valeur de la vitesse est constante.
- Accéléré : elle augmente. Ralenti : elle diminue.
Propriété · Mouvement et forces
Si un objet n'est soumis à aucune force, ou à des forces qui se compensent, il est immobile ou en mouvement rectiligne uniforme. Sinon, sa vitesse ou sa trajectoire change.
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Exercices corrigés
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Relativité
★☆☆Un passager est assis dans un train. Est-il en mouvement : a) par rapport au train ? b) par rapport au quai ? c) par rapport à un autre passager assis ?
Trajectoires
★☆☆Donner la nature de la trajectoire : a) la valve d'une roue vue par le cycliste ; b) une pierre lancée ; c) un ascenseur.
Vitesse moyenne
★☆☆Un coureur parcourt $400$ m en $50$ s. Calculer sa vitesse en m/s puis en km/h.
Distance
★★☆Un avion vole à $900$ km/h pendant $2$ h $20$ min. Quelle distance parcourt-il ?
Chronophotographie
★★☆Sur une chronophotographie prise toutes les $0{,}1$ s, deux positions successives d'une balle sont séparées de $3$ cm à l'échelle $1/10$. Quelle est la vitesse de la balle ?
Nature du mouvement
★★☆Une chronophotographie montre des positions alignées de plus en plus écartées. Décrire le mouvement.
Lire un graphique v(t)
★★☆Une voiture passe de $0$ à $20$ m/s en $10$ s, roule à $20$ m/s pendant $30$ s puis s'arrête en $5$ s. Décrire les trois phases.
Forces et mouvement
★★☆Une voiture roule en ligne droite à vitesse constante. Que peut-on dire des forces qui s'exercent sur elle ?
Palet sur la glace
★★★Un palet glisse sur une glace parfaitement lisse (sans frottements). Que se passe-t-il ? Pourquoi, en réalité, finit-il par s'arrêter ?
Mouvement circulaire
★★☆Une voiture tourne dans un rond-point à vitesse constante de $30$ km/h. Son mouvement est-il uniforme ? Les forces se compensent-elles ?
Vitesse de la Terre
★★★La Terre parcourt environ $940$ millions de km en un an autour du Soleil. Calculer sa vitesse moyenne en km/h.
Durée
★☆☆Combien de temps faut-il pour parcourir $45$ km à $30$ km/h ?
Escalator
★★☆Sur un escalator qui monte à $0{,}5$ m/s, Léa monte les marches à $1$ m/s par rapport à l'escalator. Quelle est sa vitesse par rapport au sol ?
Satellite géostationnaire
★★★Un satellite géostationnaire semble immobile vu de la Terre. Est-il immobile par rapport au centre de la Terre ?
Graphique d(t)
★★☆La distance parcourue par un cycliste est proportionnelle au temps : $30$ km en $1{,}5$ h. Quelle est la nature de son mouvement ? Sa vitesse ?
Freinage
★★☆Un vélo freine : quelle force modifie son mouvement ? Dans quel sens agit-elle ?
Chute d'une bille
★★☆Une bille lâchée tombe verticalement de plus en plus vite. Quelle force explique cette accélération ?
Record du monde
★★☆Le record du $100$ m est de $9{,}58$ s. Calculer la vitesse moyenne en km/h.
Comparer
★☆☆Qui va le plus vite : un guépard à $30$ m/s ou une voiture à $100$ km/h ?
Référentiel terrestre
★★☆Pourquoi dit-on que le Soleil « se lève » alors que c'est la Terre qui tourne ?
Vrai ou faux
★★☆a) Un objet peut être immobile et en mouvement à la fois. b) Un mouvement circulaire à vitesse constante est uniforme. c) Si les forces se compensent, l'objet est forcément immobile.
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