Chapitre 3 : Le mouvement
Cette chronophotographie permet de visualiser la trajectoire et les variations de vitesse du skieur cela décrit le mouvement.
Ces 2 photos nous font penser à la fable de la fontaine : » Le lièvre et la tortue ». La différence est la vitesse entre le lièvre et la tortue. La tortue a une vitesse constante mais faible alors que le lièvre a une vitesse variable et rapide.
Tony Leparoux, professeur de physique-chimie
1/ Décrire un mouvement
A/ Quelques mouvements vus sous des angles différents
D’un Hulla hoop
On est un spectateur debout et à l’arrêt dans l’herbe. On observe la jeune femme faire du hula-hoop. Que peut-on dire :
Des arbres de la forêt en bordure
du pré ? De la jeune femme ? Du hula-hoop ?
Immobiles Immobile, elle se déhanche Il tourne
On est à la place de la caméra sur le cerceau. Que peut-on dire : Des arbres de la forêt en bordure
du pré ?
De la jeune femme ? Du hula-hoop ?
Ils tournent Elle tourne immobile
Dans un train
On est un spectateur assis dans le train en face du garçon. On observe le garçon lâcher la balle. Que peut-on dire :
Des arbres et des collines ?
Du train ? Du garçon ? De la balle ?
Ils se déplacent
horizontalement Immobile Immobile Elle tombe
rectilignement et verticalement On est un spectateur assis dans l’herbe. On observe le garçon lâcher la balle. Que peut-on dire :
Des arbres et des collines ?
Du train ? Du garçon ? De la balle ?
Immobile
Ils se déplacent horizontalement
Il se déplace horizontalement
Elle rebondit en avançant
sur un tapis roulant
Comment une personne voit-elle le mouvement d’autres personnes ? Complète le tableau.
Voit A B C D
A Immobile Avancer Avancer Avancer plus
rapidement
B reculer immobile immobile avancer
C reculer immobile immobile avancer
D Reculer plus
rapidement reculer reculer immobile
Saut à l’élastique
Cas n°1 : La caméra est posée sur le pont. Que peut-on dire du mouvement…
des arbres ? immobiles
du sauteur ? il bouge
Cas n°2 : La caméra est embarquée sur le sauteur. Que peut-on dire du mouvement…
o global du sauteur ?
immobile
o Des arbres ?ils bougent
Bobsleigh
Cas n°1 : La caméra est sur le bord de piste. Que peut-on dire du mouvement…
o des spectateurs ? immobile o du bobsleigh ?il bouge
Cas n°2 : La caméra est embarquée sur le bobsleigh. Que peut-on dire du mouvement…
o du bobsleigh ?
immobile
odes spectateurs ?ils bougent
En « Athlétisme »
Cas n°1 : La caméra est sur le bord de piste. Que peut-on dire du mouvement…
o des coureurs ?ils bougent o des spectateurs ?.immobile
Cas n°2 : La caméra est sur un chariot roulant. Que peut-on dire du mouvement…
o
des coureurs
?.immobile
odes spectateurs ?ils bougent
Bilan : Le mouvement d’un objet dépend de l’observateur (référentiel) : Il peut être décrit de manière différente selon l’observateur.
Le mouvement est caractérisé par : sa trajectoire et sa vitesse.
B/ Que dit Galilée ?
Dans le « Dialogue sur les deux plus grands systèmes du monde » écrit par Galilée en 1632, l’auteur fait parler deux
personnages (Simplicio et Salviati) autour d’une expérience.
Cette expérience correspond à la chute d’une pierre lâchée en haut d’un mât d’un navire qui avance en ligne droite à vitesse constante
Pour Simplicio, la pierre tombera à l’arrière du bateau et pour Salviati la pierre tombera au pied du mât.
Propose une expérience pour montrer qui a raison.
Expérience 1 : un élève avance en marchant et lâche une balle verticalement. La balle tombe à ses pieds.
Vidéo filmée.
Expérience 2 : Balle lâchée d’un vélo.
Trajectoire du vélo vue du
caméraman Trajectoire de la balle vue du
caméraman Trajectoire de la balle dans le référentiel du vélo Il avance horizontalement
trajectoire rectiligne Trajectoire courbe
(curviligne) Trajectoire rectiligne (verticale)
Tony Leparoux, professeur de physique-chimie
2/ Trajectoire
A/ Activité 1 : Qu’est-ce qu’une trajectoire ?
Doc. n°1 : Dans la mythologie grecque
Le Minotaure est une divinité de la mythologie grecque, mi- homme, mi-taureau. Il était enfermé dans un labyrinthe dont nul ne pouvait s'échapper.
Tous les neuf ans, sept jeunes filles est sept jeunes hommes étaient conduits à l'intérieur du labyrinthe pour y servir de repas au Minotaure. Un jeune homme, nommé Thésée, offrit de partir avec les victimes. Il espérait pouvoir anéantir le monstre. La princesse Ariane lui offrit une pelote de fil pour l'aider dans son entreprise.
À l'intérieur du labyrinthe, Thésée accrocha le fil d'Ariane à une extrémité de la porte puis il le déroula au fur à mesure qu'il avançait. Il se guidait au son des râles du monstre … Il s'approcha bientôt de la chambre de Minotaure, qu’il trouva endormi et tua.
Doc. n°2 : Dans un conte pour enfants Le Petit Poucet et un conte de Charles Perrault dans lequel un couple de bûcheron très pauvre décide d'abandonner ses 7 enfants dans la forêt pour ne pas les voir mourir de faim.
Le plus jeune, nommé le Petit Poucet du fait de sa petite taille, était cependant très malin. Comme il avait entendu le projet de ses parents, il remplit ses poches de petits cailloux blancs qu'il sema régulièrement sur le trajet dans la forêt pour retrouver son chemin une fois abandonné.
Doc. n°3 : Descente d’un snowboardeur Doc. n°4 : Circuit de voitures électriques
1/ Pour chaque document, à l’aide d’un tableau, répondre à ces 2 questions : - Qui est en mouvement ?
- Comment est matérialisée la trajectoire ? Qui est en
mouvement ? Comment est matérialisée
la trajectoire ?
Doc. 1 Un jeune homme, nommé Thésée Par le fil de la pelote de laine qui se déroule dans le labyrinthe
Doc. 2 Le jeune enfant, nommé le Petit Poucet Par les petits cailloux blancs semés régulièrement dans la forêt
Doc. 3 Le snowboardeur Par les traces laissées dans la neige
Doc. 4 Les voitures électriques Par les rails du circuit
Tony Leparoux, professeur de physique-chimie 2. Voici 2 labyrinthes, tracer au crayon de papier dans chaque cas la trajectoire la plus courte.
3. Donner par une phrase une définition la plus précise possible du mot trajectoire.
Une trajectoire est une ligne qui décrit le mouvement de l’objet au cours du temps et de son déplacement.
Bilan : La trajectoire d’un objet est la ligne décrite par un objet au cours du temps dans son déplacement.
B/ Activité 2 / TP : Trajectoires dans la vie de tous les jours
Compléter ce tableau avec ces adjectifs qualifiant des trajectoires : cycloïdale – rectiligne – quelconque – circulaire Forme de la trajectoire Ligne droite Cercle Cycloïde Sans forme particulière Nom de la trajectoire
► En athlétisme
1/Repère le départ du 100 m et du 200m. Quelle est la trajectoire…
D’un coureur de 100 m vu par quelqu’un au dessus du stade ?
D’un coureur de 200 m vu par quelqu’un au dessus du stade ? rectiligne
Circulaire dans le virage Puis
Rectiligne dans la ligne droite.
► En cyclisme
2/ Compléter le tableau avec les mots suivants : route – valve du pneu – axe de la roue
Forme de la trajectoire Ligne droite Cercle Cycloïde
Objet de référence route axe de la roue route
Objet en mouvement axe de la roue valve du pneu valve du pneu
3/Expérience : Avec le matériel situé autour de toi, propose puis réalise deux expériences permettant d’illustrer Un mouvement rectiligne :
Un mouvement circulaire :
Matériel pour faire un pendule (masselote, support, fil) + balle de tennis+ matériel de leur trousse
4/Indique la nature de la trajectoire de chaque objet en dessous de chaque image.
Nacelle d’une grande roue par rapport au sol
Essuie-glace par rapport du conducteur
Une barrière automatique par rapport à la route
circulaire
circulaire circulaire
Des avionneurs par rapport au bord du
lac Un marteau par rapport au sol Des nageurs par rapport au bord de la piscine
Rectiligne circulaire Rectiligne
Le slalom d’un skieur vu d’un hélicoptère en vol stationnaire
Un joueur de football filmé lors
d’un match Un chewing-gum collé sur le pneu d’un vélo par rapport à la route
Quelconque (curviligne)
Quelconque (curviligne)
cycloïdale
Tony Leparoux, professeur de physique-chimie J’ai planté des drapeaux tous les 50
cm. Et je chronomètre la tortue pour savoir combien de temps il lui faut entre les drapeaux. Les images réprésentent la tortue, 5 instants différents.
La Lune par rapport à la Terre La Terre par rapport au Soleil Une particule de fumée dans l’air
Circulaire pour la lune
Circulaire (elliptique) Quelconque
Bilan : Si la trajectoire est :
- une ligne droite, on parle alors de trajectoire rectiligne - un cercle, on parle alors de trajectoire circulaire
3/ Vitesse
A/ Mouvement uniforme
Document 1 :
Document 2 : Comment calculer la vitesse ?
La vitesse d’un objet est le rapport de la distance d parcourue et de la durée (temps) du parcours. Autrement dit, c’est la distance que parcourt un objet par unité de temps.
Le choix des unités est très important : On peut choisir de l’exprimer en m/s ou cm/s ou …
km/h
Distance parcourue en mètre (m)
Durée(temps) de parcours en seconde (s)
v = Distance parcourue
durée du parcours = d
Vitesse en mètre par t
seconde (m/s)
Distance parcourue en kilomètre (km)
Durée(temps) de parcours en heure (h)
v = Distance parcourue
durée du parcours = d
Vitesse en kilomètre par t
heure (km/h)
Exemple : un voiture parcourt une distance de 180 km en 2h par rapport au sol. Quelle est sa vitesse en km/h ?
v = Distance parcourue
durée du parcours = d
t = 180
2 = 90 km/h
Document 3 : Comment passer d’une unité à une autre ? 1km = 1000 m
1 h = 3600 s
1m/s = 0,001 km/s = 0,001 x 3600 km/h = 3,6 km/h Travail à faire :
1/ Calcule la vitesse de la tortue dans une unité de vitesse adaptée.
2/ Parmi les objets de la liste ci-dessous ; indique ceux qui vont te permettre de mesurer la vitesse
3/ Propose une expérience pour mesurer la vitesse d’un élève cycliste ou d’un élève qui marche dans la classe. Puis calcule la vitesse.
4/ Représente, sur le graphique, l’évolution de la vitesse du marcheur ou cycliste.
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 temps (s)
s (s)'
0 1 2 3 4 5 6 7
vitesse (m/s)
Tony Leparoux, professeur de physique-chimie Je fais une chronophotographie du
lièvre : je prends 10 images par seconde avec mon appareil photo puis je superpose les images. Entre chaque position du lièvre, il s’est écoulé la même durée : 1/10eme de seconde.
Bilan : Si un objet se déplace à vitesse constante, alors son mouvement est uniforme.
B/ Mouvements non uniformes
Document 1 : le lièvre ralentit pour se reposer. On parle de mouvement ralenti ou décéléré
Document 2 : le lièvre accélère pour se rattraper la tortue. On parle de mouvement accéléré
Travail à faire :
1/ A l’aide du document 1, calcule les vitesses du lièvre sur les différents trajets (en m/s) . Ecris une phrase pour justifier que lièvre ralentit par rapport à la route.
Trajet FG GH HI IJ
Vitesse en m/s 20 15 12 10
Travail collectif
Le lièvre ralentit car sa vitesse diminue. Le mouvement du lièvre est ralenti par rapport à la route.
2/ Sur le document 2, calcule les vitesses du lièvre sur les différents trajets (en m/s) Ecris une phrase pour justifier que lièvre accélère par rapport à la route.
Trajet KL LM MN NO
Vitesse en m/s 10 12 15 20
Le lièvre accélère car sa vitesse augmente. Le mouvement du lièvre est accéléré par rapport à la route.
4/ Propose une expérience permettant d’illustrer un mouvement accéléré et un mouvement ralenti.
Mouvement ralenti : balle lancée qui s’arrête
Mouvement accéléré : balle qui tombe, balle immobile que l’on pousse.
C/ Applications
►Le téléphérique
De quel type de mouvement s’agit-il ? Sur quelle chronophotographie le téléphérique est-il le plus rapide ?
Mouvement rectiligne et uniforme. Téléphérique lent Mouvement rectiligne et uniforme. Téléphérique plus rapide
►En athlétisme : (vidéo les extraordinaires pouvoirs du corps humain)
Tony Leparoux, professeur de physique-chimie 1/ Sur ce graphique, indique la vitesse maximale d’usain Bolt lors de ce 100 m ? 44,7 km/h
2/ Quelle est la trajectoire d’Usain Bolt sur ce 100 m ? Rectiligne
3/ Il y a trois type de mouvements dans la course d’Usain Bolt. Utilise des couleurs différentes pour les délimiter et qualifie-les.
Phase 1 : entre 0 et 60m mouvement accéléré Phase 2 : Entre 60 et 80 m : mouvement uniforme Phase 3 : Entre 80 et 100 m : Mouvement décéléré.
Usain Bolt décélère car il commence à fatiguer
►Chronophotographie de la chute d’une balle :
1/ Comment qualifies-tu la trajectoire de la balle ? Rectiligne
2/ Comment qualifies-tu le mouvement de la balle au départ ? Accéléré
3/ Comment qualifies-tu le mouvement à la fin ? Pourquoi ce changement d’après toi ? Uniforme car elle ralentit à cause des frottements de l’air
4/ Quelle courbe représente la bonne évolution de la vitesse de la balle ? graphique 2
►Mouvement d’un scooter
1/ Comment qualifies-tu la trajectoire du scooter ? rectiligne 2/ Pour chaque cas, qualifie le mouvement du scooter.
1 : accéléré 2 : ralenti 3 : uniforme
►Calcul de vitesse de scooter
1/ Sachant que les photos ont été prises chaque seconde, calcule la vitesse du scooter en m/s et en km/h
v = Distance parcourue
durée du parcours = d
t = 140
14 = 10 m/s = 36 km/h
Tony Leparoux, professeur de physique-chimie
►Le saut de Félix Baumgartner
En 2012, Félix Baumgartner a sauté d’un très haute altitude. On dit de Félix qu’il a dépassé le mur du son. Ci-dessous les courbes d’évolution de la vitesse et de l’altitude au cours du temps.
1/ Quelle est la vitesse maximale atteinte par Félix ? Convertis cette vitesse en km/h. Environ 380 m/s, soir 1368 km/h.
2/ Sachant que le mur du son est dépassé quand la vitesse d’un objet dépasse 340 m/s, peut-on dire que Félix l’a dépassé ? Oui.
2/ A quelle altitude a-t-il sauté ? 38 000 m
3/ Entre 0 et 50s, le mouvement est-il uniforme, ralenti ou accéléré ? Accéléré à cause de la gravitation
4/ Entre 50 et 100 s, le mouvement est-il uniforme, ralenti ou accéléré ? Décéléré à cause des frottements de l’air.
