Classe de Cinquième : Fiche d`Activités Expérimentales

I MOBILE OU IMMOBILE ?
À l’issue d’un voyage Paris-Dinard en wagon-restaurant, un voyageur
gourmand confie à un ami venu l’accueillir :
- Quel régal, j’ai dégusté le hors d’œuvre au Mans, l’escalope du chef
à Laval et la crème caramel à Rennes. Une aventure gastronomique à
deux cents à l’heure !!!
- Arrête ton char! lui répondit son ami, pendant tout ce temps tu es
resté vissé sur ton siège, en fait, tu as passé deux heures immobile.
Par le plus pur des hasards, ils furent entendus par M FERET, présent
sur le quai, qui leur tint ce langage :
- Vous parlez tous deux du même événement que vous interprétez diffé-
remment. Eh bien ! Vous avez tous deux, à la fois raison et tort !
 Pourquoi les deux amis ont-ils raison ?
Le voyageur : il a bien mangé aux lieux indiqués.
L’autre : il est bien resté assis sur son siège.
 Pourquoi les deux amis ont-ils tort ?
Le voyageur ne s’est pas déplacé à 200 km/h dans le train.
L’autre : il n’a pas passé 2 heures immobile.
L’avis du physicien en salle 001:
Il faut toujours préciser mobile ou immobile par rapport à quelque chose.
==> On doit donner le référentiel.
Donc :
Par rapport au train le gastronome est IMMOBILE / EN MOUVEMENT. Référentiel = le train
Par rapport au sol le gastronome est IMMOBILE / EN MOUVEMENT. Référentiel = le sol
Peut-on être immobile lorsqu’on est un habitant de la planète Terre ?
Il faut préciser le référentiel.
 Référentiel Terre : on peut être immobile, il suffit de ne pas bouger !
 Référentiel Soleil : on ne peut pas être immobile car la Terre se déplace à 100 000 km/h
==> On est toujours en mouvement dans un référentiel.
Mouvement et référentiel.ppt
Relativité du tapis roulant.ppt

Roue
II QUELLE TRAJECTOIRE ?
1 . Définition.
Définition : la trajectoire est le chemin suivi par un objet qui se déplace.
Pour aller d’un point A à un point B, il y a une infinité de trajectoires.
La plus courte est la ligne droite.
Exemples : ligne droite, cercle, courbe, zigzag, …
2 . La trajectoire d’un point d’un mobile est-elle la même quel que soit le référentiel ?
Expériences.
 Fixer une feuille de papier puis l’axe de la roue sur un support.
 Faire rouler la roue sur le bord de la table en tenant le support d’une main, l’axe de la roue de l’autre.
 Reproduire ci-dessous EN ROUGE la trajectoire de la pointe du stylo telle qu’elle apparaît sur la feuille.
Référentiel du vélo
 Fixer maintenant une feuille de papier sur un autre support.
 Tout en maintenant le support immobile sur le bord de la table, faire rouler la roue contre le support.
 Reproduire ci-dessous EN VERT la trajectoire de la pointe du stylo telle qu’elle apparaît sur la feuille.
Référentiel de la route
Observations.
- Par rapport à l’axe d’une roue, un point de celle-ci décrit un cercle
- Par rapport au sol, un point situé en dehors de l’axe de rotation d’une roue décrit
une courbe qui porte le nom de cycloïde.
- Par rapport au sol, un point situé sur l’axe de rotation d’une roue décrit une droite
parallèle au sol (tracer cette trajectoire sur la deuxième figure).
Feuille de
papier
Pointe du
stylo
Axe de la
roue
Trace du bord de la table

Chronophotographie
n°1
Chronophotographie
n°2
Chronophotographie
n°3
Données techniques. - durée entre deux éclairs de flash : 20ms - échelle 1/25
Conclusions.
 La trajectoire d’un point d’un même mobile varie suivant le référentiel
 Dans un même référentiel, tous les points d'un mobile n’ont pas forcément la même tra-
jectoire. Ils n’ont la même trajectoire que pour des mouvements de translation.
Funiculaire.jpg Grande roue.jpg Reconnaitre mvt rotation.ppt
Catapulte.wmv Reconnaître mvt translation.ppt
III MOUVEMENTS ET VITESSES.
1 . La chronophotographie.
La chronophotographie est une technique qui permet d’obtenir sur une même image, les
photographies successives d’un mobile prises à des intervalles de temps égaux.
Ces intervalles de temps (durées) sont généralement très petits.
2 . Exemples de chronophotographies.
Les figures ci-dessous sont la reproduction de trois chronophotographies du mouvement d’un
motard.
Quelles remarques peut-on faire à propos de chacun de ces mouvements ?
Mouvement n°1 La vitesse est constante.
Le mouvement est uniforme. (cas particulier : véhicule immobile)
Mouvement n°2 La vitesse diminue.
Le mouvement est ralenti ou décéléré.
Mouvement n°3 La vitesse augmente.
Le mouvement est accéléré. Un mouvement est forcément dans l’un des 3 cas.
Chronophographie mouvement rectiligne.ppt

3 . Vitesse moyenne.
Rappels de mathématique : vitesse moyenne d’un mobile.
Définition - La vitesse moyenne d’un mobile (v) est le quotient de la distance parcourue (d)
par la durée du parcours (t).
Expression mathématique - ou d = V x t
ou t = d / V
Unités
nom
symboles
UNITE LEGALE
mètre par seconde
m/s ou m.s-1
Unité usuelle
kilomètre PAR heure
km/h ou km.h-1
Tachymetre voiture.jpg
Vidéo Accélération Suzuki Hayabusa 210km en 14s.wmv
Vidéo Kawazaki ZX10-R.wmv
/ 3,6
v en km/h v en m/s
x 3,6
Détermination de la vitesse moyenne d’un mobile.
 Ecrire un protocole permettant de mesurer la vitesse moyenne d’un mobile.
Choix du mobile : XXX. en train de marcher dans la salle.
Matériel
- un mètre
- un chronomètre
- une calculatrice
-
Protocole
- mesurer la distance de la marche : d = 10m par exemple
- Chronométrer le déplacement. On mesure t.
- Calculer la vitesse v = d/t
- Donner le résultat en km/h.
 Réaliser l’expérience, calculer la vitesse moyenne.
Exprimer le résultat dans les deux unités rencontrées.
…On mesure t = ___ s
On calcule v = d/t = 10 / ___ = ___ m/s Donc v = ___ m/s
On convertie v = ___ x 3;6 = ___ km/h Donc v = ___ km/h
V = d
t

IV QUELQUES ORDRES DE GRANDEUR DE VITESSES MOYENNES.
Rechercher les valeurs des vitesses moyennes ci-dessous puis les exprimer en unité légale.
Valeur de v
Mouvement des plaques terrestres
1 cm/an
Ecoulement des glaciers
1 m/an
Escargot
10 m /h
Tortue
100 m/h
Record du monde de marathon
20 km/h
Record du monde de 100m
10 m/s
Vitesse de pointe du guépard
110 km/h
T.G.V.
300 km/h
Vitesse de croisière du Concorde
2000 km/h
Propagation du son dans l’air à 25°C SAVOIR PAR CŒUR
340 m/s = 1200 km/h
Propagation de la lumière dans le vide SAVOIR PAR CŒUR
300 000 km/s
V VITESSE ET SECURITE.
1 . Vitesses et code de la route.
Vitesses maximales autorisées par type de réseau :
Type de route
Vitesse en
km/h
Commentaires
La vitesse maximale en agglomération est de
50km/h (approximativement 14m/s). Elle a été
choisie pour rester en dessous d’une vitesse
pour laquelle un choc est presque toujours mor-
tel. Par temps de pluie (adhérence moins bonne,
risque de dérapage …) les vitesses maximales
autorisées sont réduites.
- Autoroute : 110km/h
- Route à 2 chaussées séparées : 100km/h
- Autre route : 80km/h
Ces mêmes limitations s’appliquent par tous les
temps aux conducteurs ayant leur permis depuis
moins de 2 ans.
Par temps de brouillard, la vitesse est limitée à
50 km/h sur route ou autoroute.
La sécurité routière dans les disciplines au collège
1996/1997
Autoroute
130
Route à deux chaussées séparées par un terre-
plein
110
Autre route
90
Agglomération
50
Certaines zones en centre ville
30
Quelques réflexions :
Un automobiliste a traversé l’agglomération de Prudenceville longue de 4 km en 6 minutes.
 Calculer la vitesse moyenne du véhicule.
…
A-t-il commis un excès de vitesse ? oui – non. Pourquoi ? On ne peut pas répondre !