Mécanique : comment décrire le mouvement ?
Référentiel
Un mouvement est toujours décrit par rapport à un référentiel.
Un référentiel est un objet de référence que l’on suppose immobile.
Un objet est en mouvement si sa position change par rapport au référentiel.
Dans le référentiel du trottoir je suis en mouvement dans le bus qui démarre.
Dans le référentiel du bus je suis immobile dans le bus qui roule (à vitesse constante).
Trajectoire
Un mouvement peut être :
Rectiligne
La trajectoire est une droite
Circulaire
La trajectoire est un cercle
Quelconque
La trajectoire est indéfinie
Vitesse moyenne
La vitesse moyenne (en m/s) est le rapport (la division) entre la distance parcourue (en mètres m) et le temps (en secondes s).
v=d/t
v : vitesse (en m/s)
d : distance (en m)
t : temps (en s)
La distance peut donc être calculée par la relation :
d = v x t
Le temps peut donc être calculé par la relation :
t = d / v
N.B : La vitesse en m/s peut être convertie en km/h en la multipliant par un coefficient de 3,6 (rappel : 1 km = 1000 m et 1 h = 3600 s)
Le mouvement peut-être :
Uniforme
(la vitesse est constante)
Entre les points …….. et ……..
Uniformément accéléré
(la vitesse augmente)
Entre les points …….. et ……..
Uniformément ralenti
(la vitesse diminue)
Entre les points …….. et ……..
Exercices de mécanique en CAP
Exercice 1 : vitesse d’une formule 1
Sur le circuit de Spa-Francorchamps en Belgique, les meilleures voitures de Formule 1 atteignent 350 km/h.
1.) Calculer cette vitesse en m/s (arrondir à 0,01).
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2.) Calculer la distance parcourue à cette vitesse en 45 s (arrondir au m). Convertir cette distance en km.
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Exercice 2 : trajet de vacances et vitesse moyenne
Un automobiliste parti à 8 h d’une ville A arrive le même jour dans une ville B à 20 h. Le compteur kilométrique marquait 26 783 km au départ. Il indique à l’arrivée 27 503 km.
1.) Calculer, en km/h, la vitesse moyenne du véhicule.
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2.) On compte 1 h 30 min pour l’ensemble des arrêts durant le parcours. Calculer sa vitesse moyenne réelle, en km/h, arrondi au centième.
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Exercice 3 : mouvement sur circuit automobile
On étudie le mouvement d’un véhicule sur un circuit. Le diagramme ci-contre représente les variations de la vitesse du véhicule en fonction du temps.
1.) Étude de la phase I
a) Comment évolue la vitesse du véhicule de 0 à 12 secondes ?
◻ elle augmente
◻ elle est constante
◻ elle diminue
b) En déduire la nature du mouvement du véhicule :
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2.) Étude de la phase II
a) Que peut-on dire de la vitesse du véhicule pendant cette phase ?
◻ elle augmente
◻ elle est constante
◻ elle diminue
b) Déterminer, à partir du graphique, la vitesse du véhicule et la durée de la phase II.
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c) Convertir la vitesse du véhicule pendant cette phase en km/h.
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d) Calculer la distance d parcourue par le véhicule au cours de cette phase.
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3.) Étude de la phase III
a) Que peut-on dire de la vitesse du véhicule pendant cette phase ?
◻ elle augmente
◻ elle est constante
◻ elle diminue
b) Quelle est la nature du mouvement du véhicule au cours de cette phase ?
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c) Déterminer, à partir du graphique, la vitesse en m/s du véhicule au temps t= 30 secondes.
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Compétences, capacités et connaissances issues du programme CAP Physique Chimie Education Nationale
Capacités
Délimiter un système et choisir un référentiel adapté.
Reconnaître un état de repos ou de mouvement d’un objet par rapport à un autre objet.
Différencier trajectoire rectiligne, circulaire et quelconque pour un point donné d’un objet.
Identifier la nature d’un mouvement à partir d’un enregistrement.
Déterminer expérimentalement une vitesse moyenne dans le cas d’un mouvement rectiligne.
Utiliser la relation entre vitesse moyenne, distance parcourue et durée.
Connaissances
Savoir qu’un mouvement ne peut être défini que dans un référentiel choisi.
Connaître l’existence de mouvements de natures différentes : mouvement uniforme et mouvement uniformément varié (accéléré ou ralenti).
Connaître la relation entre vitesse moyenne, distance parcourue et durée.