Physique : Forces et mouvements

Enseignement secondaire 2015-2016
Physique : Forces et mouvements
1. Les mouvements rectilignes et l'accélération
La cinématique correspond à la description et la catégorisation des mouvements. Nous effectuons
quotidiennement des mouvements. Qu'il s'agisse de se déplacer à pied ou en voiture, nous ne
gardons presque jamais une vitesse constante. Certains corps peuvent se déplacer selon une certaine
accélération, mais de quoi s'agit-il exactement ?
Prenons l'exemple de l'attraction à sensation. Le Kingda
Ka est la montagne russe la plus haute du monde et
l'une des plus rapides, elle se trouve aux Etats-Unis.
Ses passagers sont lancés à l'aide d'un moteur
hydraulique à une hauteur de 139 mètres en 3 secondes.
A partir de ces données, calcule la vitesse, en km/h de
cette incroyable machine.
Réponse :
Pr. Iacobellis 1

Nous reviendrons sur la formule de la vitesse un peu plus tard. Regarde le graphique noté
ci-dessous et ensuite, essaye de répondre aux questions.
Questions :
1) Combien de grandes phases observes-tu dans ce mouvement ?
2) Quelle est la durée de chacune des phases ?
La première phase du mouvement de Xavier est réalisée à allure régulière. Sa
vitesse de déplacement a été constante. On dit d'un tel mouvement qu'il est
uniforme. La vitesse est le rapport entre le déplacement et la durée de ce
déplacement.
C'est bien de cette manière que nous avons calculé la vitesse de la turbine.
Soient :
12
xxx −=∆
, le déplacement durant cette phase;
12
ttt −=∆
, la durée de cette phase,
Pr. Iacobellis 2
Distance parcourue X(m) par notre ami Xavier, en fonction du temps, noté t(s)

∆X
.................
= v
∆T
L'unité SI de la vitesse est le mètre par seconde. On emploie aussi très souvent
le km/h : 1 m/s = 3600m en 1h = 3.6km/h
Inversément :
1 km/h = 1/3.6 = 0.28m/s.
Si la trajectoire est rectiligne et la vitesse constante,Le mouvement est dit MRU
ou Mouvement Rectiligne Uniforme. Dans un graphique positon en fonction du
temps, un MRU est caractérisé par une droite oblique. La vitesse peut être
calculée en identifiant le déplacement
1
x ∆
et la durée
1
t ∆
du mouvement.
Observez le graphique ci-dessous.
La figure ci-dessus détaille en fait la première phase du mouvement de Xavier
Nous pouvons y lire :
=∆
1
x
30 (30-0)
=∆
1
t
30 (30-0)
= v
∆X/∆T = 30/30 = 1 m/s
C'est la vitesse constante de ce mouvement uniforme. D'une manière générale,
la pente ou coefficient angulaire (m) de la droite dans un graphique position en
fonction du temps (x,t) donne la valeur de la vitesse.
Pr. Iacobellis 3
Déplacement de Xavier sur une période de 40
secondes

Un MRU rapide se distingue ainsi aisément d'un MRU à vitesse faible, mais
nous ne faisons pas entrer en jeu l'accélération.
La vitesse instantanée est une vitesse à un instant précis du
déplacement d'un corps. Elle se calcule par
= v
∆X/∆T en
choisissant un intervalle de temps le plus petit possible (Exemple :
le radar).
Tâche FT3- Calculer à quelle distance est tombée la foudre
Un dicton raconte qu'il est possible d'estimer soi-même à quelle distance est
tombée la foudre : dès que l'éclair de la foudre est perçu, il suffit de compter
mentalement ; si le tonnerre (le son) est perçu après avoir compté lentement
jusqu'à trois, la foudre est tombée à 1 km. S'il faut compter jusqu'à six, elle est
tombée à 2 km. Et ainsi de suite.
Il faut savoir que la lumière voyage à une vitesse extraordinairement grande :
300 000 km à la seconde. Le son, lui, en comparaison, se propage beaucoup
plus lentement : 340 m/s dans l'air à 15°C. Voilà pourquoi il y a une différence
de temps entre la perception de l'éclair et la perception du tonnerre.
Vérifier numériquement l'exactitude du dicton.
Réponse :
Pr. Iacobellis 4

La vitesse à un endroit donné n'est complètement précisée que si on connaît :
- sa grandeur ou sa valeur
- la direction du mouvement
- le sens du parcours
Ces trois paramètres sont caractéristiques d'une grandeur vectorielle. Dès que
sont envisagés des déplacements qui ne sont plus rectilignes, la vitesse doit
être décrite par un vecteur.
Dès que la vitesse varie, que ce soit en grandeur, en direction ou les deux
simultanément, on dit qu'il y a accélération . La mesure de cette accélération est
le rapport entre la variable de vitesse
v ∆
et l'intervalle de temps
t ∆
durant
lequel s'effectue cette variation.
Définition
L'accélération est la variation de la vitesse par unité de temps.
.................................. = a
L'accélération est un vecteur.
Dans le SI, la grandeur du vecteur s'exprime en m/s2.
Une accélération de 1 m/s2 est l'accélération d'un mobile dont la vitesse varie
de 1 mètre chaque seconde.
Pr. Iacobellis 5