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⚗️ Physique-Chimie3èmeCours
Vitesse et description du mouvement
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Cours
Vitesse et description du mouvement
1. Décrire un mouvement
1.1 Le référentiel
Un référentiel est l'objet par rapport auquel on étudie un mouvement. Un même objet peut être immobile ou en mouvement selon le référentiel choisi : c'est la relativité du mouvement.
Exemple : dans un train, un passager assis est immobile par rapport au train (référentiel train), mais en mouvement par rapport au quai de la gare (référentiel sol).
| Référentiel choisi | Le passager est… | Le contrôleur qui marche est… |
|---|---|---|
| Le train | Immobile | En mouvement |
| Le quai (sol) | En mouvement | En mouvement |
Les trois référentiels les plus utilisés en physique :
| Référentiel | Centre | Utilisé pour étudier… |
|---|---|---|
| Terrestre | Le sol | Les mouvements du quotidien (voitures, piétons…) |
| Géocentrique | Centre de la Terre | Le mouvement de la Lune, des satellites |
| Héliocentrique | Centre du Soleil | Le mouvement des planètes |
Règle importante : il faut toujours préciser le référentiel lorsqu'on décrit un mouvement. Dire "la voiture roule à 90 km/h" sous-entend "par rapport au sol".
1.2 La trajectoire
La trajectoire est l'ensemble des positions successives occupées par un objet au cours de son mouvement, dans un référentiel donné.
1.3 La chronophotographie
Une chronophotographie montre les positions successives d'un objet à intervalles de temps réguliers. Elle permet de déterminer le type de mouvement :
2. La vitesse
2.1 Vitesse moyenne
La vitesse moyenne correspond à la distance totale parcourue divisée par la durée totale du trajet:
| Grandeur | Symbole | Unité SI | Autre unité |
|---|---|---|---|
| Vitesse | v | m/s | km/h |
| Distance | d | m | km |
| Durée | t | s | h |
2.2 Conversion km/h ↔ m/s
C'est une conversion indispensable au brevet.
Exemples :
- 90 km/h → 90 ÷ 3,6 = 25 m/s
- 20 m/s → 20 × 3,6 = 72 km/h
D'où vient le 3,6 ? 1 km = 1 000 m et 1 h = 3 600 s. Donc 1 km/h = 1 000/3 600 = 1/3,6 m/s.
2.3 Vitesse instantanée
La vitesse instantanée est la vitesse d'un objet à un instant précis. C'est celle qu'affiche le compteur de vitesse d'une voiture. Elle peut varier à chaque seconde, contrairement à la vitesse moyenne qui "lisse" le trajet.
2.4 Exemple de calcul type brevet
Un coureur parcourt 100 m en 12,5 s. Quelle est sa vitesse moyenne en m/s puis en km/h ?
Données : d = 100 m ; t = 12,5 s
Formule : v = d / t
Calcul : v = 100 / 12,5 = 8,0 m/s
Conversion : v = 8,0 × 3,6 = 28,8 km/h
3. Les types de mouvements rectilignes
Un mouvement est rectiligne quand la trajectoire est une droite. On distingue trois cas :
| Type | Vitesse | Exemple |
|---|---|---|
| Rectiligne uniforme | Constante | Voiture au régulateur à 90 km/h |
| Rectiligne accéléré | Augmente | Voiture qui démarre au feu vert |
| Rectiligne décéléré | Diminue | Voiture qui freine avant un stop |
4. Analyser des graphiques
4.1 Graphique v = f(t) (vitesse en fonction du temps)
Comment lire le graphique :
- Courbe qui monte → la vitesse augmente → mouvement accéléré
- Courbe horizontale → la vitesse est constante → mouvement uniforme
- Courbe qui descend → la vitesse diminue → mouvement décéléré
4.2 Graphique d = f(t) (distance en fonction du temps)
Comment lire le graphique :
- Droite passant par l'origine → mouvement uniforme (la pente = la vitesse)
- Courbe de plus en plus pentue → mouvement accéléré
- Courbe de moins en moins pentue → mouvement décéléré
Calculer la vitesse sur un graphique d = f(t) : pour un mouvement uniforme, on prend deux points sur la droite et on calcule v = Δd / Δt = (d₂ − d₁) / (t₂ − t₁).
5. Application : la sécurité routière
La vitesse est directement liée à la sécurité routière. Ce thème tombe régulièrement au brevet.
La distance d'arrêt
Quand un conducteur voit un obstacle et freine, la voiture ne s'arrête pas instantanément. La distance d'arrêt est composée de deux parties :
Distance d'arrêt = Distance de réaction + Distance de freinage
- Distance de réaction : distance parcourue pendant le temps de réaction du conducteur (~1 seconde). Pendant ce temps, la voiture roule à la même vitesse.
- Distance de freinage : distance parcourue entre le début du freinage et l'arrêt complet. Elle dépend de la vitesse au carré.
L'effet de la vitesse
| Vitesse | Distance de réaction (~1 s) | Distance de freinage (route sèche) | Distance d'arrêt |
|---|---|---|---|
| 50 km/h | ~14 m | ~13 m | ~27 m |
| 90 km/h | ~25 m | ~42 m | ~67 m |
| 130 km/h | ~36 m | ~87 m | ~123 m |
Point crucial : quand la vitesse double, la distance de freinage est multipliée par 4 (car elle dépend du carré de la vitesse). C'est pour cela que la vitesse est si dangereuse : un petit excès de vitesse augmente énormément la distance d'arrêt.
Facteurs aggravants
La distance d'arrêt augmente en cas de :
- Fatigue, alcool, téléphone → le temps de réaction augmente (jusqu'à 2-3 s au lieu de 1 s)
- Route mouillée ou verglacée → la distance de freinage augmente considérablement
- Pneus usés → moins d'adhérence
6. Relativité du mouvement — Approfondissement
Le mouvement n'a pas de caractère absolu : il dépend toujours du référentiel.
Situation : un bus roule à 50 km/h. Un passager est assis. Un piéton marche à 5 km/h dans le même sens sur le trottoir.
| Référentiel | Le passager est… | Vitesse du passager |
|---|---|---|
| Le bus | Immobile | 0 km/h |
| Le sol | En mouvement | 50 km/h |
| Le piéton | En mouvement | 45 km/h |
C'est pourquoi il faut toujours préciser le référentiel lorsqu'on décrit un mouvement.
📌 À retenir
- Le référentiel est l'objet de référence pour étudier un mouvement ; le mouvement est relatif au référentiel choisi.
- La trajectoire est l'ensemble des positions successives d'un objet ; elle peut être rectiligne, circulaire ou curviligne.
- La vitesse moyenne se calcule avec v = d / t (en m/s ou km/h). Conversion : ÷ 3,6 pour passer de km/h en m/s, × 3,6 pour l'inverse.
- La vitesse instantanée est la vitesse à un instant précis (compteur de vitesse).
- Mouvement rectiligne : uniforme (v constante), accéléré (v augmente), décéléré (v diminue). La chronophotographie permet de les distinguer.
- Graphique v(t) : palier = uniforme, monte = accéléré, descend = décéléré. Graphique d(t) : droite = uniforme (pente = vitesse).
- Sécurité routière : distance d'arrêt = distance de réaction + distance de freinage. Quand la vitesse double, la distance de freinage quadruple.
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