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Objectifs
– Reconnaitre l’état de mouvement d’un corps ;
– Classer les mouvements.
1. Caractère relatif du mouvement
Pour décrire le mouvement d’un objet, on choisit un objet de référence appelé référentiel. L’objet en mouvement (en déplacement) est appelé mobile.
Un objet est dit en mouvement lorsque ses positions changent (varient) au cours du temps.
2. La trajectoire
On appelle trajectoire d’un objet, l’ensemble des positions successives occupées par le mobile. Lorsque la trajectoire est une droite ou un segment de droite, on dit que le mouvement du mobile est rectiligne. Lorsque la trajectoire est un cercle ou un arc de cercle, le mouvement est circulaire ou mouvement de rotation. La droite perpendiculaire au plan de la trajectoire et passant par son centre est appelé axe de rotation.
Exemple
Le mouvement de la valve d’une roue par rapport au cadre du vélo.
3. Classement des mouvements
3.1. Notion de vitesse
a) Définition
- La vitesse moyenne d’un mobile est le rapport de la distance parcourue à la durée mise pour la parcourir: V = d/t , avec d(m), t(s) et V (m/s).
On utilise parfois le km/h ou km.h-1pour exprimer la vitesse. 1km/h = 1/3,6 m/s ↔ 1m/s = 3,6km/h.
Exercice d’application
Michel parcours 100m en 9s, calculer en m/s et en km/h sa vitesse moyenne.
Remarque
Il existe en réalité 2 types de vitesse : la vitesse moyenne et la vitesse instantanée. La vitesse instantanée est celle que possède un mobile à chaque instant. Elle est indiquée par un compteur de vitesses.
b) Vitesse linéaire et vitesse de rotation
On appelle vitesse de rotation d’un mouvement circulaire (N) le nombre de tours (n) couverts par unité de temps. N = n/t. Avec n (tr), t(s), N (tr/s).
On appelle vitesse linéaire d’un point d’un objet en rotation la vitesse instantanée de ce point, elle est noté V(m/s). N et V sont liés par la relation :
V = 2πRN Sachant que D = 2R, on a V = πDN R(m)
Exercice d’application
La roue d’une voiture a un rayon de 45cm et tourne à 2000tr/min.
- Que représente 2000tr/min ?
- Exprimer cette grandeur en tr/s.
- Calculer la vitesse linéaire d’un point situé à la périphérie de la roue en m/s puis en km/h.
3.2. Classification de mouvements suivant la variation de leur vitesse : Chronophotographie
La chronophotographie, consiste à prendre sur des clichés à des intervalles de temps égaux plusieurs photographies d’un objet en mouvement. La comparaison des espaces parcourus pendant des intervalles de temps égaux permet d’obtenir la classification :
– Lorsque les espaces parcourus sont égaux, le mouvement est uniforme, dans ce cas la vitesse est constante.
♥ d ♥ d ♥ d ♥ d ♥ d ♥
Le diagramme de vitesse d’un mouvement uniforme est :
Remarque
Le diagramme des vitesses est la courbe représentative des variations de la vitesse en fonction du temps. Pour un mouvement uniforme, la courbe est une droite parallèle à l’axe des temps.
– Lorsque les espaces parcourus sont de plus en plus grands, le mouvement est accéléré. La vitesse augmente au cours du temps. La chronophotographie de ce type de mouvement est la suivante :
♥ d1 ♥ d2 ♥ d3 ♥ d4 ♥ d5 ♥
d1< d2< d3< d4< d5
Le diagramme de vitesse représente comme suit :
Lorsque les espaces parcourus sont de plus en plus courts, le mouvement est ralenti (retardé, décéléré), la vitesse diminue au cours du temps la chronophotographie de ce mouvement est :
♥ d1 ♥ d2 ♥ d3 ♥ d4 ♥ d5 ♥
d1> d2 > d3 > d4 > d5
Le diagramme de vitesse représente comme suit :
Remarque
Lorsque la trajectoire est un segment de droite et la vitesse constante, le mouvement est rectiligne uniforme.
Si la trajectoire est un cercle ou un arc de cercle, et la vitesse constante, le mouvement est circulaire uniforme.
Exercice d’application
Partant de la maison pour l’école, vous empruntez un taxi, la distance de la maison à l’école est de 1km. Le taxi partant du repos, atteint la vitesse de 20m/s pendant 5s. La distance parcourue est alors de 50m. Le taxi parcourt en 45s une distance d avec cette vitesse puis ralenti et s’arrête en 10s.
- Quelle est la durée totale du mouvement du taxi.
- Combien de phase comporte le mouvement du taxi ?
- Quelle est la nature de chaque phase ?
- Calculer la distance d parcourue pendant la deuxième phase.
- Dressez le diagramme des vitesses du mouvement global du taxi.
