Collège · 3ᵉ · Physique
Description des mouvements
Trajectoire, vitesse, vecteur vitesse, référentiel
Décrire un mouvement (référentiel, trajectoire, vitesse), calculer une vitesse avec les bonnes unités et représenter un vecteur vitesse.
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Définitions
- Référentiel : objet par rapport auquel on décrit le mouvement (terrestre, géocentrique, héliocentrique).
- Repos / mouvement : la position ne change pas / change par rapport au référentiel. Le mouvement est relatif.
- Trajectoire : ligne des positions successives — rectiligne, circulaire, curviligne.
- Chronophotographie : images prises toutes les Δt ; avec un stroboscope, Δt = 1/f.
- Vitesse instantanée : à un instant donné ; vitesse moyenne : sur tout le trajet.
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Formules
- v = d / Δt, donc d = v × Δt et Δt = d / v.
- Unités : m, s, m/s — ou km, h, km/h.
- km/h → m/s : ÷ 3,6 ; m/s → km/h : × 3,6.
- Chronophotographie : v(Mn) ≈ Mn−1Mn+1 / (2Δt).
- 1 min = 60 s ; 1 h = 3 600 s ; 1 ms = 0,001 s ; 45 min = 0,75 h.
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Méthode : vitesse sur une chronophotographie
- Déterminer Δt (donné, ou 1/f).
- Mesurer la distance entre les positions voisines Mn−1 et Mn+1.
- Convertir en mètres et en secondes.
- Diviser par 2Δt ; résultat en m/s.
- Écarts égaux → uniforme ; croissants → accéléré ; décroissants → ralenti.
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Le vecteur vitesse
- Point d'application : la position du mobile.
- Direction : la tangente à la trajectoire.
- Sens : celui du mouvement.
- Valeur : la vitesse instantanée ; longueur = valeur ÷ échelle (1 cm ↔ 4 m/s, v = 10 m/s → 2,5 cm).
- Circulaire uniforme : même valeur, direction qui tourne → le vecteur varie.
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Repères
- Marche : 5 km/h ≈ 1,4 m/s · vélo : 18 km/h = 5 m/s · autoroute : 130 km/h ≈ 36 m/s.
- Graphique vitesse–temps : palier = uniforme, montée = accéléré, descente = ralenti.
- Graphique distance–temps : droite = uniforme (plus raide = plus rapide), palier = arrêt.
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Pièges à éviter
- Oublier le référentiel : « immobile » seul ne veut rien dire.
- Vitesse moyenne = distance totale / durée totale, arrêts compris — jamais la moyenne des vitesses.
- 35 min ≠ 0,35 h : c'est 35/60 ≈ 0,58 h.
- Diviser par Δt au lieu de 2Δt pour la vitesse instantanée.
- Valeur constante ≠ vecteur constant.
L'essentiel
- Un mouvement se décrit toujours par rapport à un référentiel : repos et mouvement sont relatifs.
- v = d / Δt ; on divise par 3,6 pour passer des km/h aux m/s.
- Sur une chronophotographie, v(Mₙ) ≈ Mₙ₋₁Mₙ₊₁ / (2Δt), après conversion en m et en s.
- Écarts égaux : uniforme ; croissants : accéléré ; décroissants : ralenti.
- Le vecteur vitesse : point d'application, direction (tangente), sens, valeur.
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