Ressources · 4ᵉ · Physique
Fiche de révision : Mouvements, forces et équilibre
Référentiels terrestre, d’un véhicule, géocentrique et héliocentrique ; vitesse qui dépend du référentiel ; direction, sens et valeur de la vitesse ; calculs de vitesses sur une chronophotographie ; vitesse moyenne d’un trajet ; d = v × t et t = d ÷ v avec conversions d’unités.
Mouvement : référentiel, vitesse et chronophotographie
Fiche méthode
(Physique 4ᵉ · Mouvement et interactions · Caractériser un mouvement)
La démarche pour tout exercice sur un mouvement
1. Je choisis le référentiel : « dans le référentiel terrestre… », du train, géocentrique, héliocentrique.
2. Je décris la vitesse : direction, sens, valeur ; ce qui change et ce qui reste.
3. Je calcule avec des unités qui vont ensemble : v = d ÷ t, d = v × t, t = d ÷ v, et je conclus par une phrase avec l’unité.
Cas 1 · Choisir un référentiel, ajouter ou soustraire des vitesses
Réflexe — je nomme le référentiel ; à bord d’un véhicule : même sens → j’ajoute, sens contraire → je soustrais ; deux véhicules : ils se croisent → j’ajoute, l’un double l’autre → je soustrais.
Exemple 1. Sur un bateau qui avance à 5 m/s, un enfant court vers l’arrière à 3 m/s par rapport au bateau. Sa vitesse par rapport au quai ?
Sens contraires : 5 − 3 = 2 m/s, vers l’avant, dans le référentiel terrestre. S’il courait vers l’avant : 5 + 3 = 8 m/s.
Exemple 2. Quel référentiel pour étudier un astéroïde qui tourne autour du Soleil, entre Mars et Jupiter ?
Le référentiel héliocentrique, lié au centre du Soleil.
Attention — le référentiel d’un véhicule n’est pas le référentiel terrestre : le passager assis y est immobile.
Cas 2 · Direction, sens et valeur de la vitesse
Réflexe — je passe en revue direction, sens, valeur ; une seule qui change suffit pour que la vitesse varie.
Exemple. Un tourniquet d’arrosage tourne régulièrement. La vitesse du bout d’un bras est-elle constante ?
Non : sa valeur est constante (mouvement circulaire uniforme), mais sa direction change sans arrêt.
Attention — « uniforme » ne parle que de la valeur, pas de la direction.
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Cas 3 · Exploiter une chronophotographie
Réflexe — durée = nombre d’intervalles × τ ; distance réelle avec la règle ou l’échelle ; vitesse = distance ÷ durée.
Exemple. Images toutes les 0,04 s ; échelle 1 cm pour 10 cm. Entre M2 et M4, 3 cm sur le document. Vitesse ?
2 intervalles : 2 × 0,04 = 0,08 s ; distance réelle : 3 × 10 = 30 cm = 0,3 m ; v = 0,3 ÷ 0,08 = 3,75 m/s.
Attention — de M2 à M4, il y a 2 intervalles, pas 3.
Cas 4 · Vitesse moyenne d’un trajet
Réflexe — distance totale ÷ durée totale ; jamais la moyenne des vitesses.
Exemple. Un train fait 90 km en 1 h, s’arrête 15 min, puis fait 60 km en 30 min. Vitesse moyenne ?
150 km en 1 h 45 min = 1,75 h : v = 150 ÷ 1,75 ≈ 85,7 km/h.
Attention — 1 h 45 min s’écrit 1,75 h, pas 1,45 h.
Cas 5 · Prévoir une distance ou une durée
Réflexe — d = v × t ou t = d ÷ v ; je convertis avant de calculer ; je passe les heures décimales en minutes (× 60).
Exemple 1. Une coureuse court à 4 m/s pendant 2 min 30 s. Distance ?
2 min 30 s = 150 s ; d = 4 × 150 = 600 m.
Exemple 2. Un cycliste roule à 24 km/h. Durée pour 30 km ?
t = 30 ÷ 24 = 1,25 h = 1 h 15 min.
Attention — des km/h multipliés par des secondes ne donnent pas des km : convertir d’abord.
Les pièges
- Donner une vitesse sans référentiel : 0 km/h dans le train, 120 km/h par rapport aux rails.
- Dire qu’un objet qui tourne à valeur constante a une vitesse constante : sa direction change.
- Compter les positions au lieu des intervalles sur une chronophotographie.
- Faire la moyenne des vitesses des étapes au lieu de diviser la distance totale par la durée totale.
- Écrire 1,5 h = 1 h 50 min, ou 0,25 h = 25 min : on multiplie par 60.
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