Module 1: Cinématique - la classe de mme boucher

Module 1: Cinématique
SPH3U4C
ATTENTES
• Analyser les relations entre les variables du mouvement uniforme
et du mouvement uniformément accéléré, en 1 et en 2
dimensions.
• Faire des expériences sur le mouvement rectiligne uniforme et
le mouvement uniformément accéléré.
• Évaluer l’effet des technologies du mouvement sur la qualité de
vie et sur l’environnement.
CHAPITRES
1. Graphiques position-temps
2. Graphiques vitesse vectorielle-temps
3. Mouvement en 2 dimensions (i.e. projectiles)
Chapitre 1: Les graphiques position-temps
1.1: Introduction
Activité
• Dans ton cahier, définis dans tes propres mots les termes suivants:
• Distance
• Position
• Déplacement
• Vitesse
• Vitesse vectorielle
• Accélération
1.2: Les termes et les unités
Organisation de la mécanique *
Mécanique
Cinématique
= étude du
mouvement
Dynamique =
étude des
forces
Quelle est la différence entre A et B?
A
• Masse
• Longueur
B
• Force
• Déplacement
Quelle est la différence entre A et B?
A
• Masse (ex. 1kg)
• Longueur (ex. 1 m)
B
• Force (ex. 1 N vers le bas)
• Déplacement (ex. 1 vers le
nord)
Scalaires vs vecteurs *
Scalaire
Vecteur
Quantité exprimée par une valeur Quantité exprimée à la fois par
(grandeur) seulement, sans
une grandeur et une direction.
direction.
Exemples:
Exemples:
• Force (ex. 1 N vers le bas)
• Masse (ex. 1kg)
• Déplacement (ex. 1 vers le
• Longueur (ex. 1 m)
nord)
Distance vs déplacement *
• Distance = parcours total d’un objet. Pas de direction.
• Déplacement = parcours net d’un objet (fin – début, à vol d’oiseau). A une
direction.
Exercice: Identifie la distance et le déplacement de cette tortue.
Vitesse moyenne vs vitesse instantanée *
Vitesse moyenne
Mesurée dans un intervalle de temps.
Vitesse instantanée
Mesurée à un moment précis.
Exemple: Bob a voyagé à une vitesse
d’environ 90 km/h entre Toronto et
Sudbury.
Exemple: À la sortie de Toronto, Bob
allait à 30 km/h, mais au moment où il
est entré à Barrie, il roulait à 110
km/h.
Exemples
Exemple
Terme
Pour aller de Toronto à Vancouver en voiture, il
faut parcourir 5500 km.
Pour aller de Toronto à Vancouver en voiture,
on fait un total de 4491 km [ouest].
En moyenne, le train des montagnes russes
roule à 51 km/h.
Quand le train descend, il roule à 160 km/h.
Banque de mots:
• Vitesse moyenne
• Vitesse instantanée
• Distance
• Déplacement
Les unités standard *
Mesure
Distance, déplacement, longueur
Temps
Masse
Unité du système international
Mètre (m)
Seconde (s)
Kilogramme (kg)
La méthode DRASÉ *
• Les étapes:
• Données
• Recherché
• Analyse
• Solution
• Énoncé
• Exercice: La masse volumique de l’hélium gazeux est de 0,18 g/L. Quel est
le volume de 50 g d’hélium?
1.3: Les chiffres significatifs
Question
Deux outils mesurent un objet. Le premier outil indique 1,7
m. Le deuxième outil indique 1,700 m.
Les deux outils ont-ils indiqué la même mesure?
Les chiffres significatifs et les décimales *
• Nombre de chiffres significatifs = précision de la mesure.
• Un chiffre significatif est:
• Tout chiffre autre que zéro
• Tout zéro entre 2 nombres autres que zéro.
• Tout zéro à droite de la virgule et après un chiffre autre que zéro
• Tout zéro suivant un nombre avant la virgule
Exercice (p.13 #2)
• Indique combien il y a de chiffres significatifs dans chaque cas.
a) 3211 m
b) 20 001 cm
c) 2 001 000 mm
d) 0,002 m
e) 0,020 00 cm
f) 200,000 m
Les calculs comportant des mesures *
• Si on multiplie ou divise: le nombre de chiffres significatifs de la réponse
est le même que celui de la mesure avec le moins de chiffres significatifs.
Exemple: 3,42 𝑚 × 0,96 𝑚 = 3,3 𝑚2
• Si on additionne ou soustrait: le nombre de décimales de la réponse est le
même que celui de la mesure avec le moins de décimales.
Exemple: 2,0056 𝑚 + 4,03 𝑚 = 6,0356 𝑚 = 6,04
Exercices
• P.13 #4-5
1.4: L’analyse des graphiques en 3 étapes
Les graphiques *
• Outil de base en physique
• Permettent de faire seulement 3 choses:
• Lire les valeurs du graphique
• Trouver la pente de la courbe
• Calculer l’aire sous la courbe
Exercices
• P.15 #1, 2
La suite
• Section 1.5: Analyse des droites position-temps
• Section 1.6: Analyse des courbes position-temps
1.5: Analyse des droites position-temps
1) Lire le graphique
2) Déterminer la pente de la droite *
𝑑é𝑝𝑙𝑎𝑐𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡 𝑣𝑒𝑟𝑡𝑖𝑐𝑎𝑙
𝑃𝑒𝑛𝑡𝑒 =
𝑑é𝑝𝑙𝑎𝑐𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡 ℎ𝑜𝑟𝑖𝑧𝑜𝑛𝑡𝑎𝑙
∆𝑑
𝑃𝑒𝑛𝑡𝑒 =
∆𝑡
La pente d’un graphique position-temps
correspond à la vitesse vectorielle de l’objet.
Unité = y/x
3) Déterminer l’aire sous la droite
• Dans un graphique position-temps, l’aire sous la
droite ne fournit aucune information utile.
• Toutefois, ce sera utile dans le prochain chapitre.
Unité = x•y
Exercice
• P.33 #29, 30, 31
Décris le mouvement de la piétonne
Dessinez le mouvement que je fais!
1.6: L’analyse des courbes position-temps
1) Lire le graphique
2) Calculer la pente du graphique
1. Choisir le point sur la courbe.
2. Tracer la tangente.
3. Calculer la pente de la tangente.
Exercice
1. Dessine la courbe.
2. Détermine la pente à 21 s.
À ton tour!
P.34 #39
Chapitre 2: Les graphiques vitesse vectorielletemps
2.1: L’analyse des graphiques vitesse vectorielletemps
2 sections
• Graphiques de vitesse vectorielle constante (Mouvement Rectiligne
Uniforme, MRU)
• Graphiques de vitesse vectorielle variable (Mouvement Rectiligne
Uniformément Accéléré, MRUA)
• Prédictions: https://www.edumedia-sciences.com/fr/media/112cinematique
Graphiques de vitesse vectorielle constante
(MRU) *
• Lecture:
• unités de l’axe y = m/s
• Axe y indique la vitesse vectorielle instantanée
• Pente:
• Indique l’accélération (𝑎 =
• Unités de la pente = m/s2
∆𝑣
)
∆𝑡
Graphiques de vitesse vectorielle constante *
• Aire sous la pente:
• Indique la distance parcourue
Indique la vitesse et l’accélération à 20 s
Graphiques de la vitesse vectorielle variable
(MRUA) *
• Voir fiche.
Exemple #1 (p.43)
À l’aide du graphique vitesse
vectorielle-temps suivant (Figure 2.7
p.43), calcule l’accélération et
reconstruis le graphique positiontemps correspondant.
À ton tour!
Fiche à compléter.
Lorsque terminée: correction à l’aide de la p.49.
2.3: La formulation d’équations
• Voir tableau.
Exemple #7 (p.58)
Jacques Villeneuve, pilote de Formule 1, est passé de 0
km/h à 628 km/h en 3,72 s. Quelle distance a-t-il
parcourue en 3,72 s?
Exercices sur les 5 formules de la cinématique
• P.71-72 #34, 45, 56 (15 mins)
Chapitre 3: Le mouvement en 2 dimensions
3.2: Le mouvement parabolique
Animation
https://www.edumedia-sciences.com/fr/media/404-chutelibre
Questions:
• Quel objet arrivera en bas en premier?
• 2e objet: Est-ce que sa vitesse horizontale change? Verticale?
Mouvement parabolique *
• Composante horizontale: constante.
• Composante verticale: accélère vers le bas.
Portée = déplacement horizontal
MRU ou MRUA?
Mouvement d’un objet lancé avec une vitesse possédant une composante
horizontale.
MRU ou MRUA?
À ton tour!
Imagine un canon qui n’est pas horizontal. On tire un
boulet de canon en même temps qu’on en laisse tomber un
au sol. Ces deux boulets toucheront-ils le sol en même
temps? Pourquoi?
3.3: Les calculs du mouvement des projectiles
Exemple #3: Déterminons la portée (p.86)
Le Grand Projecto sort à 40 m/s d’un canon horizontal. Si
le canon se trouve au sommet d’une falaise de 100 m de
haut, quelle distance le canard parcourt-il?