Ressources · 3ᵉ · Physique
Mouvement : vitesse et vecteur vitesse
Vitesse moyenne et vitesse instantanée, vitesse instantanée sur une chronophotographie, vecteur vitesse (point d’application, direction, sens, valeur à l’échelle), nature d’un mouvement d’après ses vecteurs vitesse, graphiques distance-temps et vitesse-temps.
À propos de cette page
Sujet et corrigé prêts à imprimer.
Devoir surveillé – Mouvement : vitesse et vecteur vitesse
Durée : 55 min – Calculatrice interdite – Sur 20 points · Physique 3ᵉ
Tous les calculs doivent figurer sur la copie. Les résultats seront donnés sous la forme la plus simple possible.
Exercice 1 – Le record de Usain Bolt ★★
(4 pts)Le 16 août 2009 à Berlin, Usain Bolt a couru le 100 m en 9,58 s. Ses temps de passage, comptés depuis le coup de pistolet, ont été mesurés : 2,88 s à 20 m, 6,29 s à 60 m et 7,92 s à 80 m.
- a)Calcule sa vitesse moyenne sur le 100 m, en m/s, arrondie au dixième.
- b)Convertis cette vitesse en km/h, arrondie au dixième.
- c)Calcule sa vitesse moyenne entre 60 m et 80 m, en m/s, arrondie au dixième.
- d)Explique pourquoi la vitesse trouvée à la question 3 approche mieux sa vitesse instantanée au passage des 70 m, et pourquoi elle est plus grande que sa vitesse moyenne sur le 100 m.
Exercice 2 – Chronophotographie d’un skateur ★★
(4 pts)Un skateur roule en ligne droite. Il est photographié à l’aide d’un stroboscope réglé sur 8 Hz. On a relevé ses positions sur le document (en cm) ; sur ce document, 1 cm représente 10 cm en réalité.
- a)Calcule la durée τ qui sépare deux positions successives.
- b)Donne les cinq écarts successifs sur le document et décris l’évolution du mouvement du skateur.
- c)Calcule sa vitesse instantanée en M2, en m/s.
- d)Calcule sa vitesse instantanée en M4, puis la longueur des flèches qui représentent les vecteurs vitesse en M2 et en M4 avec l’échelle 1 cm ↔ 1,2 m/s.
Exercice 3 – Les chaises volantes ★★★
(4 pts)Vu de dessus, le siège d’un manège de chaises volantes décrit un cercle de 8 m de rayon, dans le sens des aiguilles d’une montre, et fait un tour en 6 s à vitesse de valeur constante. On l’étudie à l’instant où il passe au point M, le point le plus au nord du cercle. Périmètre d’un cercle : 2 × π × R.
- a)Calcule la distance parcourue par le siège en un tour, puis la valeur de sa vitesse, en m/s, arrondies au dixième.
- b)Donne les quatre caractéristiques du vecteur vitesse du siège en M (direction et sens avec les points cardinaux), puis la longueur de sa flèche avec l’échelle 1 cm ↔ 2 m/s, au dixième.
- c)Le vecteur vitesse du siège est-il constant pendant un tour ? Justifie.
- d)En fin de tour de manège, la rotation ralentit jusqu’à l’arrêt. Décris comment évoluent alors les flèches successives du vecteur vitesse, et nomme le mouvement.
Exercice 4 – Un freinage d’urgence ★★
(4 pts)Le graphique donne la vitesse d’une voiture à partir de l’instant où la conductrice aperçoit un obstacle.
- a)Convertis la vitesse de départ en km/h.
- b)Décris le mouvement pendant les phases A et B, et explique à quoi correspond la phase A.
- c)Lis la vitesse de la voiture à l’instant t = 3 s.
- d)Pendant le freinage, de combien la vitesse diminue-t-elle chaque seconde ?
Exercice 5 – Vrai ou faux argumenté ★★★
(4 pts)Pour chaque affirmation, réponds « vrai » ou « faux » et justifie avec le vocabulaire du cours.
- a)« Un objet dont la vitesse vaut constamment 3 m/s a forcément un mouvement rectiligne uniforme. »
- b)« Sur une chronophotographie, pour la vitesse instantanée en M3, on divise M2M4 par τ. »
- c)« Sur un graphique distance-temps, plus une droite est raide, plus l’objet va lentement. »
- d)« Un objet qui a parcouru 200 m en 25 s a forcément roulé à 8 m/s pendant tout le trajet. »
Bon courage !
Ce document est la propriété intellectuelle de Ben, professeur particulier (benprofparticulier.fr), protégée par le Code de la propriété intellectuelle (art. L. 111-1 et L. 122-4). Il est mis à disposition pour un usage personnel de révision. Toute reproduction, diffusion, mise en ligne ou revente, totale ou partielle, sans autorisation écrite est interdite et constitue une contrefaçon (art. L. 335-2).
Voir le corrigé et le barème
Corrigé et barème – Mouvement : vitesse et vecteur vitesse
Durée : 55 min – Calculatrice interdite – Sur 20 points · Physique 3ᵉ
Exercice 1 – Le record de Usain Bolt ★★
(4 pts)- a)v = 100 ÷ 9,58 ≈ 10,4 m/s. (1)
- b)100 ÷ 9,58 × 3,6 ≈ 37,6 km/h. (1)
- c)20 m en 7,92 − 6,29 = 1,63 s : 20 ÷ 1,63 ≈ 12,3 m/s. (1)
- d)Elle est calculée sur une durée courte (1,63 s) autour des 70 m, donc proche de la vitesse à cet instant. Sur le 100 m, la moyenne compte aussi le départ arrêté : sur les 20 premiers mètres, 20 ÷ 2,88 ≈ 6,9 m/s seulement. (1)
Le point clé — une vitesse moyenne calculée sur une durée courte approche la vitesse instantanée ; sur tout le trajet, elle mélange les phases lentes et rapides.
Exercice 2 – Chronophotographie d’un skateur ★★
(4 pts)- a)τ = 1 ÷ f = 1 ÷ 8 = 0,125 s. (1)
- b)Écarts : 4,5 ; 4,5 ; 4,5 ; 3 ; 1,5 cm. Mouvement rectiligne uniforme de M0 à M3 (écarts égaux), puis ralenti (écarts qui diminuent). (1)
- c)M1M3 = 9 cm sur le document, soit 90 cm = 0,9 m en réalité ; 2τ = 0,25 s ; v(M2) ≈ 0,9 ÷ 0,25 = 3,6 m/s. (1)
- d)M3M5 = 4,5 cm, soit 0,45 m ; v(M4) ≈ 0,45 ÷ 0,25 = 1,8 m/s. Flèches : 3,6 ÷ 1,2 = 3 cm en M2 ; 1,8 ÷ 1,2 = 1,5 cm en M4. (1)
Erreur fréquente — oublier l’échelle du document ou diviser par τ au lieu de 2τ.
Exercice 3 – Les chaises volantes ★★★
(4 pts)- a)2 × π × 8 ≈ 50,3 m ; v = 50,27 ÷ 6 ≈ 8,4 m/s. (1)
- b)Point d’application : M ; direction : la tangente au cercle en M, perpendiculaire au rayon nord-sud, donc la direction est-ouest ; sens : celui du mouvement, vers l’est (sens des aiguilles d’une montre vu de dessus) ; valeur : 8,4 m/s. Flèche : 8,38 ÷ 2 ≈ 4,2 cm. (1)
- c)Non : sa valeur reste 8,4 m/s, mais sa direction change à chaque instant, puisqu’il reste tangent au cercle. (1)
- d)Les flèches restent tangentes au cercle mais deviennent de plus en plus courtes : mouvement circulaire ralenti. (1)
Le point clé — valeur constante ne veut pas dire vecteur constant : sur un cercle, la direction tourne.
Exercice 4 – Un freinage d’urgence ★★
(4 pts)- a)24 × 3,6 = 86,4 km/h. (1)
- b)Phase A (0 à 1 s) : palier, mouvement uniforme : c’est le temps de réaction, la conductrice n’a pas encore freiné. Phase B (1 à 5 s) : la vitesse diminue, mouvement ralenti jusqu’à l’arrêt : c’est le freinage. (1)
- c)À t = 3 s, on lit 12 m/s. (1)
- d)La vitesse passe de 24 à 0 m/s en 4 s : elle diminue de 24 ÷ 4 = 6 m/s chaque seconde. (1)
Erreur fréquente — lire le palier d’un graphique vitesse-temps comme un arrêt : ici, la voiture roule à 24 m/s pendant le temps de réaction.
Exercice 5 – Vrai ou faux argumenté ★★★
(4 pts)- a)Faux : la valeur peut être constante sur une trajectoire circulaire (mouvement circulaire uniforme) ; une valeur constante ne dit rien de la trajectoire. (1)
- b)Faux : M2 et M4 sont séparées par deux intervalles ; on divise par 2τ. (1)
- c)Faux : plus la droite est raide, plus la distance parcourue chaque seconde est grande : l’objet va plus vite. Un palier horizontal, lui, signifie un arrêt. (1)
- d)Faux : 200 ÷ 25 = 8 m/s est la vitesse moyenne ; la vitesse instantanée a pu être tantôt plus grande, tantôt plus petite. (1)
Le point clé — justifier, c’est citer la notion du cours qui tranche : vecteur vitesse, 2τ, type de graphique, vitesse moyenne ou instantanée.
Ce document est la propriété intellectuelle de Ben, professeur particulier (benprofparticulier.fr), protégée par le Code de la propriété intellectuelle (art. L. 111-1 et L. 122-4). Il est mis à disposition pour un usage personnel de révision. Toute reproduction, diffusion, mise en ligne ou revente, totale ou partielle, sans autorisation écrite est interdite et constitue une contrefaçon (art. L. 335-2).
Ce contrôle de physique 3ᵉ en bref
Un devoir surveillé type contrôle en classe sur « Mouvement : vitesse et vecteur vitesse » : 5 exercices, 55 minutes, noté sur 20. Le sujet et le corrigé sont téléchargeables en PDF, prêts à imprimer, pour travailler comme en classe.
- Exercice 1 — Le record de Usain Bolt ★★/ 4 pts
- Exercice 2 — Chronophotographie d’un skateur ★★/ 4 pts
- Exercice 3 — Les chaises volantes ★★★/ 4 pts
- Exercice 4 — Un freinage d’urgence ★★/ 4 pts
- Exercice 5 — Vrai ou faux argumenté ★★★/ 4 pts
Notions évaluées
Vitesse moyenne, vitesse instantanée, compteur, radar fixe, radar tronçon ; chronophotographie, stroboscope, fréquence f, intervalle τ = 1 ÷ f, positions voisines, 2τ, conversions mm et ms ; vecteur vitesse, point d’application, direction, tangente, sens, valeur, échelle, longueur de la flèche ; rectiligne, circulaire, uniforme, accéléré, ralenti, vecteur vitesse constant ou variable ; graphique distance-temps, palier, arrêt, graphique vitesse-temps, phases.
Pour préparer ce contrôle
- Relire le cours et la fiche de révision.
- Refaire les exercices corrigés et les problèmes.
- Se tester avec le QCM (36 questions).
- Faire ce sujet en conditions réelles — 55 min, sans le cours — puis se corriger et noter les points à revoir.
Voir tous les contrôles de physique 3ᵉ · tous les devoirs surveillés corrigés
Questions fréquentes sur ce sujet
- Combien de temps dure ce contrôle sur « Mouvement : vitesse et vecteur vitesse » ?
- 55 minutes pour 5 exercices notés sur 20. Prévois le double si tu enchaînes avec la correction.
- Le corrigé est-il fourni ?
- Oui : le corrigé complet est fourni en PDF (bouton « Télécharger le corrigé »), avec le barème exercice par exercice.
- Ce sujet peut-il servir de DS, de contrôle ou d'interrogation ?
- Oui : c'est un devoir surveillé complet de 55 minutes. Pour une interrogation courte, garde un ou deux exercices ; pour un DS ou un contrôle de fin de chapitre, fais le sujet entier en temps limité.
- Ce sujet suit-il le programme de physique de troisième ?
- Oui : il évalue uniquement les notions du chapitre « Mouvement : vitesse et vecteur vitesse » du programme officiel de physique en troisième, soit : vitesse moyenne et vitesse instantanée ; radar fixe et radar tronçon ; vitesse instantanée sur une chronophotographie (τ = 1 ÷ f, positions voisines séparées par 2τ) ; vecteur vitesse : point d’application, direction tangente à la trajectoire, sens du mouvement, valeur représentée à l’échelle ; mouvements rectilignes et circulaires, uniformes, accélérés ou ralentis, lus sur les vecteurs vitesse ; vitesse qui varie en direction ou en valeur ; graphiques distance-temps et vitesse-temps.
Moi c'est Ben, j'ai créé ce site pour aider le plus d'élèves possible, partout en France. Je peux aussi reprendre avec toi ce qui coince en cours particulier : en visio, ou à domicile si tu es à Marseille.
Prof de physique-chimie à Marseille · Cours particuliers au collège · Aide aux devoirs