À propos de cette page
Ce cours de physique en troisième sur « Description des mouvements » suit le programme officiel de physique de troisième. Il présente les définitions, les propriétés et les méthodes essentielles, accompagnées d'exemples résolus pour bien comprendre. Au programme : Le mouvement et ses caractéristiques, Le référentiel : choisir son système de référence, La trajectoire : ensemble des positions successives, La vitesse moyenne : distance et durée. Chaque notion est expliquée pas à pas, puis mise en pratique grâce à des exercices interactifs, un QCM et une évaluation corrigée. Idéal pour réviser à son rythme, combler ses lacunes et progresser, en autonomie ou avec un professeur. Cours rédigé par un professeur particulier à Marseille pour aider les élèves de troisième à réussir en physique.
Au programme
1 · Le mouvement et ses caractéristiques
2 · Le référentiel : choisir son système de référence
3 · La trajectoire : ensemble des positions successives
4 · La vitesse : distance et durée
5 · La vitesse instantanée
6 · Le vecteur vitesse
7 · Les différents types de mouvement
1Le mouvement et ses caractéristiques
Un objet est en mouvement lorsque sa position change au cours du temps par rapport à un objet de référence. Pour décrire un mouvement, on doit préciser :
- la trajectoire (le chemin suivi),
- la vitesse (rapidité du déplacement),
- le référentiel (l'objet de référence choisi).
Définition. Un objet est dit en mouvement par rapport à un référentiel si sa position par rapport à ce référentiel change au cours du temps. Sinon, il est en repos.
Exemple. Un passager assis dans un TGV est en mouvement par rapport aux arbres au bord de la voie, mais en repos par rapport à son voisin de siège.
La description du mouvement dépend donc toujours du choix du référentiel : un même objet peut être simultanément en mouvement et en repos selon les référentiels considérés.
2Le référentiel : choisir son système de référence
Le référentiel est le solide de référence par rapport auquel on étudie le mouvement d'un objet. Choisir un référentiel, c'est choisir un point fixe et des axes permettant de repérer les positions dans l'espace et dans le temps.
Définition. Un référentiel est constitué d'un solide de référence (supposé fixe) et d'un repère de temps (horloge). On repère les positions grâce à un repère d'espace lié au solide de référence.
En physique de collège, on utilise principalement :
| Référentiel | Solide de référence | Usage |
|---|
| Référentiel terrestre | La Terre | Mouvements à la surface de la Terre (voiture, ballon…) |
| Référentiel géocentrique | Centre de la Terre | Satellites, Lune |
| Référentiel héliocentrique | Soleil | Planètes du système solaire |
Attention ! La description du mouvement change selon le référentiel choisi. Il faut toujours préciser le référentiel dans lequel on travaille.
Exemple. La Lune tourne autour de la Terre dans le référentiel géocentrique, mais elle effectue un mouvement complexe autour du Soleil dans le référentiel héliocentrique.
3La trajectoire : ensemble des positions successives
Lorsqu'un objet se déplace, chaque position qu'il occupe peut être repérée dans le référentiel choisi. L'ensemble de toutes ces positions forme la trajectoire.
Définition. La trajectoire d'un objet est l'ensemble des positions successives occupées par cet objet au cours de son mouvement.
Les principaux types de trajectoires sont :
- Rectiligne : l'objet se déplace en ligne droite (ex. voiture sur autoroute).
- Courbe (ou curviligne) : l'objet suit une courbe quelconque (ex. montagne russe).
- Circulaire : l'objet tourne sur un cercle (ex. manège, satellite en orbite circulaire).
Exemple. Une bille lâchée d'une table a une trajectoire parabolique (courbe) dans le référentiel terrestre. Un point sur le bord d'une roue a une trajectoire cycloïdale lorsque la roue roule sur le sol.
Astuce. Pour visualiser la trajectoire d'un objet, on peut utiliser la chronophotographie : des photos prises à intervalles de temps réguliers superposées sur une même image montrent les positions successives du mobile.
La trajectoire dépend du référentiel : par exemple, la trajectoire d'une balle lancée depuis un bus est parabolique dans le référentiel terrestre, mais rectiligne dans le référentiel du bus.
4La vitesse moyenne : distance et durée
La vitesse moyenne d'un objet permet de savoir à quelle rapidité il s'est déplacé sur une portion de son trajet.
Définition. La vitesse moyenne vmoy d'un objet sur un trajet est :
vmoy = d / Δt
où d est la distance parcourue (en mètres, m) et Δt est la durée du trajet (en secondes, s). La vitesse s'exprime en mètres par seconde (m/s) ou en kilomètres par heure (km/h).
La conversion entre m/s et km/h est :
| Conversion | Formule | Exemple |
|---|
| km/h → m/s | Diviser par 3,6 | 90 km/h ÷ 3,6 = 25 m/s |
| m/s → km/h | Multiplier par 3,6 | 25 m/s × 3,6 = 90 km/h |
Exemple. Un cycliste parcourt 36 km en 2 h. Sa vitesse moyenne est : vmoy = 36 km / 2 h = 18 km/h. En m/s : 18 ÷ 3,6 = 5 m/s.
Attention ! La vitesse moyenne ne renseigne pas sur ce qui s'est passé pendant le trajet. Un objet peut avoir accéléré, décéléré ou même fait des pauses. La vitesse moyenne ne représente pas nécessairement la vitesse à un instant donné.
5La vitesse instantanée
La vitesse instantanée est la vitesse d'un objet à un instant très précis. C'est ce qu'indique le compteur de vitesse d'une voiture à chaque instant.
Définition. La vitesse instantanée en un point M est la valeur approchée calculée entre deux positions très proches de M, séparées par un intervalle de temps très court : v = dMN / Δt, avec N très proche de M.
En pratique, avec une chronophotographie, on calcule la vitesse instantanée en un point M en prenant les positions juste avant (Mn-1) et juste après (Mn+1) :
Formule pratique. v(Mn) ≈ Mn-1Mn+1 / (2 × Δt)
où Δt est l'intervalle de temps entre deux positions consécutives.
Exemple. Sur une chronophotographie prise à Δt = 40 ms = 0,04 s, les positions M2 et M4 sont distantes de 8 cm = 0,08 m. La vitesse instantanée en M3 est : v = 0,08 / (2 × 0,04) = 1 m/s.
Astuce. Sur un graphique vitesse-temps, la vitesse instantanée correspond à la valeur de la courbe à cet instant précis. Sur un graphique position-temps, c'est la pente de la tangente à la courbe en ce point.
6Le vecteur vitesse
La vitesse n'est pas seulement une valeur numérique : elle a aussi une direction et un sens. Pour représenter toutes ces informations, on utilise le vecteur vitesse.
Définition. Le
vecteur vitesse v⃗ en un point du trajet est un vecteur qui possède :
- un point d'application : la position de l'objet ;
- une direction : tangente à la trajectoire en ce point ;
- un sens : le sens du mouvement ;
- une valeur (norme) : la vitesse instantanée v = ‖v⃗‖.
Pour représenter le vecteur vitesse, on choisit une échelle (ex. 1 cm représente 1 m/s), puis on trace une flèche depuis la position du mobile, dans la direction et le sens du mouvement, de longueur proportionnelle à la norme.
Exemple. Pour un mobile se déplaçant à 3 m/s vers la droite, avec l'échelle 1 cm → 1 m/s, le vecteur vitesse est une flèche horizontale de 3 cm pointant vers la droite.
Attention ! Le vecteur vitesse est tangent à la trajectoire en chaque point. Pour un mouvement rectiligne, il est parallèle à la trajectoire. Pour un mouvement circulaire, il est perpendiculaire au rayon.
En physique, le vecteur vitesse moyen entre deux positions Mn et Mn+1 est : v⃗ ≈ MnMn+1 / Δt.
7Les différents types de mouvement
On caractérise un mouvement par l'évolution de la valeur du vecteur vitesse (norme) et par la nature de la trajectoire.
| Type de mouvement | Trajectoire | Vitesse (norme) | Exemple |
|---|
| Rectiligne uniforme | Droite | Constante | Train à vitesse constante |
| Rectiligne accéléré | Droite | Croissante | Voiture au démarrage |
| Rectiligne décéléré (freiné) | Droite | Décroissante | Voiture au freinage |
| Circulaire uniforme | Cercle | Constante | Satellite en orbite circulaire |
| Curviligne quelconque | Courbe | Variable | Ballon lancé en l'air |
Règle. Pour un mouvement rectiligne uniforme, les positions sont régulièrement espacées sur la trajectoire (espacements égaux sur une chronophotographie). Pour un mouvement rectiligne accéléré, les espacements augmentent. Pour un mouvement décéléré, ils diminuent.
Astuce. Sur un chronophotogramme, l'évolution des espacements entre les positions successives donne directement le type de mouvement : espaces égaux = uniforme, espaces croissants = accéléré, espaces décroissants = décéléré.
Exemple. La Terre tourne autour du Soleil à environ 29,8 km/s. Son mouvement est approximativement circulaire uniforme dans le référentiel héliocentrique.
★À retenir
À retenir — Description des mouvements :
• Le référentiel est l'objet de référence par rapport auquel on décrit le mouvement.
• La trajectoire est l'ensemble des positions successives de l'objet : rectiligne, circulaire ou courbe.
• La vitesse moyenne : vmoy = d / Δt (en m/s ou km/h ; conversion : ÷3,6 pour km/h→m/s).
• La vitesse instantanée ≈ Mn-1Mn+1 / (2Δt) : vitesse à un instant précis.
• Le vecteur vitesse est tangent à la trajectoire, de norme = vitesse instantanée.
• Mouvement uniforme : vitesse constante ; accéléré : vitesse croissante ; décéléré : vitesse décroissante.