Décrire un mouvement
Trajectoire, référentiel et évolution de la vitesse d'un objet.
1. Le point de vue de l'observateur
Définition · Référentiel
Un mouvement se décrit toujours par rapport à un objet de référence, appelé référentiel.
Un passager assis dans un train est immobile par rapport au train, mais en mouvement par rapport au quai.
2. La trajectoire
Définition · Trajectoire
La trajectoire est l'ensemble des positions occupées successivement par un point de l'objet.
- Rectiligne : la trajectoire est une droite (une bille qui roule tout droit).
- Circulaire : la trajectoire est un cercle (un point d'une roue de manège).
- Curviligne : la trajectoire est une courbe quelconque (un ballon lancé).
3. La vitesse
On étudie comment la vitesse évolue au cours du temps :
- Mouvement uniforme : la vitesse reste constante ;
- Mouvement accéléré : la vitesse augmente ;
- Mouvement ralenti : la vitesse diminue.
Méthode · Lire une chronophotographie
Sur une chronophotographie, les positions sont prises à intervalles de temps égaux. Si les points sont également espacés, le mouvement est uniforme ; s'ils s'écartent, il est accéléré ; s'ils se rapprochent, il est ralenti.
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Exercices corrigés
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Immobile ou en mouvement ?
★☆☆Paul est assis dans un bus qui roule. Est-il en mouvement ou immobile par rapport : a) au bus ; b) à un arbre au bord de la route ?
Nature d'une trajectoire
★☆☆Donner la nature de la trajectoire : a) la pointe de l'aiguille d'une horloge ; b) un objet qu'on laisse tomber sans vent ; c) une balle de tennis frappée.
Analyser une chronophotographie
★★☆Sur une chronophotographie d'une voiture, l'écart entre deux positions successives passe de $2$ cm à $1{,}5$ cm puis $1$ cm. Décrire le mouvement.
Choisir un référentiel
★☆☆Léa est sur un manège qui tourne. Par rapport à quoi est-elle immobile ? Par rapport à quoi est-elle en mouvement ?
Le Soleil se lève-t-il ?
★★☆On dit que « le Soleil se lève à l'est ». Dans quel référentiel le Soleil semble-t-il se déplacer ? Est-ce le Soleil qui tourne autour de la Terre ?
Trajectoires du quotidien
★☆☆Donner la nature de la trajectoire : a) un ascenseur ; b) l'extrémité d'une pale d'éolienne ; c) une feuille qui tombe en virevoltant ; d) une voiture sur une route droite.
Uniforme, accéléré ou ralenti ?
★☆☆Décrire le mouvement : a) une voiture qui démarre au feu vert ; b) un train qui roule à $300$ km/h constant ; c) un vélo qui freine avant un stop.
Chronophotographie d'une bille
★★☆Sur une chronophotographie d'une bille, les écarts successifs sont : $1$ cm ; $1$ cm ; $1$ cm ; $1$ cm. Les positions sont alignées. Décrire complètement le mouvement.
Chute d'une balle
★★☆On filme une balle qui tombe verticalement. Les distances parcourues entre deux images successives valent $0{,}5$ cm ; $1{,}5$ cm ; $2{,}5$ cm ; $3{,}5$ cm. Décrire le mouvement.
Calculer une vitesse
★★☆Un coureur parcourt $100$ m en $20$ s. Quelle est sa vitesse moyenne en m/s ?
Vitesse d'une voiture
★★☆Une voiture parcourt $150$ km en $2$ h. Quelle est sa vitesse moyenne en km/h ?
Distance parcourue
★★☆Un cycliste roule à $20$ km/h pendant $3$ h. Quelle distance parcourt-il ?
Qui va le plus vite ?
★★☆Sam court $60$ m en $10$ s ; Inès court $90$ m en $18$ s. Qui a la plus grande vitesse moyenne ?
Durée d'un trajet
★★★Un train roule à $240$ km/h de moyenne. Combien de temps met-il pour parcourir $600$ km ?
Point de vue du conducteur
★★☆Dans une voiture, le conducteur voit les arbres « défiler ». Les arbres sont-ils en mouvement ? Expliquer.
Mouvement de la Lune
★★☆Quelle est à peu près la trajectoire de la Lune autour de la Terre ? Dans quel référentiel ?
Tapis roulant
★★★Sur un tapis roulant qui avance, Hugo marche dans le même sens. Par rapport au sol, va-t-il plus vite ou moins vite qu'en marchant par terre ? Et s'il marche en sens contraire ?
Point d'une roue
★★★Un point de la valve d'une roue de vélo : quelle est sa trajectoire vue par le cycliste ? Vue par un piéton sur le trottoir, est-elle la même ?
Lire un compteur
★☆☆Le compteur d'une voiture indique $50$ km/h. Que signifie ce nombre ?
Convertir une vitesse
★★★Un escargot avance de $3$ m en $10$ minutes. Quelle est sa vitesse en m/min ? en m/h ?
Parachutiste
★★★Un parachutiste saute d'un avion : sa vitesse augmente, puis il ouvre son parachute, sa vitesse diminue, puis elle devient constante. Découper son mouvement en trois phases.
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