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 différemment. 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
Référentiel = le sol
IMMOBILE / EN MOUVEMENT.
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
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
Feuille de
papier
Roue
Axe de la
roue
Pointe du
stylo
 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
Trace du bord de la table
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).
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 trajectoire. Ils n’ont la même trajectoire que pour des mouvements de translation.
Funiculaire.jpg
Catapulte.wmv
Grande roue.jpg
Reconnaitre mvt rotation.ppt
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.
Données techniques. - durée entre deux éclairs de flash : 20ms
- échelle 1/25
2 . Exemples de chronophotographies.
Les figures ci-dessous sont la reproduction de trois chronophotographies du mouvement d’un
motard.
Chronophotographie
n°1
Chronophotographie
n°2
Chronophotographie
n°3
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.
Chronophographie mouvement rectiligne.ppt
Un mouvement est forcément dans l’un des 3 cas.
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).
ou d = V x t
ou t = d / V
V= d
t
Expression mathématique 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
Protocole
- un mètre
- mesurer la distance de la marche : d = 10m par exemple
- un chronomètre
- Chronométrer le déplacement. On mesure t.
- une calculatrice
- 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
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
Ecoulement des glaciers
Escargot
Tortue
Record du monde de marathon
Record du monde de 100m
Vitesse de pointe du guépard
T.G.V.
Vitesse de croisière du Concorde
Propagation du son dans l’air à 25°C
SAVOIR PAR CŒUR
Propagation de la lumière dans le vide
SAVOIR PAR CŒUR
1 cm/an
1 m/an
10 m /h
100 m/h
20 km/h
10 m/s
110 km/h
300 km/h
2000 km/h
340 m/s = 1200 km/h
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
Autoroute
130
Route à deux chaussées séparées par un terreplein
110
Autre route
90
Agglomération
50
Certaines zones en centre ville
30
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 mortel. 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
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 !
Un enregistrement automatique de la vitesse pendant la traversée de l’agglomération fournit le
graphique suivant.
Traversée d'agglomération
90
80
vitesse (en km/h)
70
60
50
40
30
20
10
0
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
5
5,5
6
temps (en min)
En utilisant maintenant le graphique, l’automobiliste a-t-il commis un excès de vitesse
pendant la traversé de l’agglomération ? Oui car il a roulé à 80 km/h au lieu de 50 km/h
Il ne faut pas confondre la vitesse moyenne d’un véhicule avec la vitesse instantanée
qui est lue sur le compteur du véhicule (tachymètre) ou sur le radar.
 Que signifie l’expression «vitesse maximale autorisée» pour un véhicule ?
C’est la vitesse instantanée à ne pas dépasser.
…………………………………………………………………………………………………...
Questions sur le graphique.
1°) Quel est le titre du graphique ? Traversée d’agglomération.
2°) Que trouve-t-on sur l’axe des abscisses ? Le temps en minutes.
3°) Que trouve-t-on sur l’axe des ordonnées ? La vitesse en km/h.
4°) Combien de temps dure la traversée de la ville ? 6 minutes.
5°) Durant combien de temps l’automobiliste roule-t-il à 80 km/h ? 2 minutes.
6°) Que fait-il au bout de 2 minutes ? Pendant combien de temps ? Il freine durant 30 secondes
7°) Que fait-il ensuite ? Pendant combien de temps ? Il reste arrêté 1 minute 30 secondes.
8°) Que fait-il au bout de 4 minutes ? Pendant combien de temps ? Il accélère durant 30 secondes.
9°) Donner une interprétation possible de 4°).Contrôle de police, stop, feu rouge, …
10°) Quelle est sa vitesse finale ? 40 km/h
11°) Quelle est sa vitesse à 2,25 minutes ? 40 km/h
12°) A-t-il freiné plus fort qu’il a accéléré ? Il a freiné plus fort.
2 . Distance d’arrêt d’un véhicule.
 Que désigne-t-on par l’expression «distance d’arrêt d’un véhicule» ?
DA = DR + DF
DA = distance d’arrêt.
DR = distance de réflexe = distance parcourue en 1 seconde. Elle dépend du conducteur.
DF = distance de freinage. Elle dépend du conducteur mais surtout de la route et du véhicule.
Freins moto.jpg
Freins voiture.jpg
Freinage et distance d’arrêt.ppt
 On suppose que le temps de réaction d’un conducteur est de 1 seconde.
A 45 km/h : Dr=12.5m
Df=13m
Dsupplémentaire=13m
A 60 km/h : Dr=16.7m
Df=23m
Dsupplémentaire=23m
A 90 km/h : Dr=25m
Df=52m
Dsupplémentaire=52m
Vitesse en km/h
Vitesse en m/s
Distance parcourue en 1s ( DR )
Distance de freinage (DF)
Route sèche
45
60
90
45/3,6=12,5
60/3,6=16,7
90/3,6=25
12,5 m
16,7 m
25 m
13 m
23 m
52 m
12,5+13=25,5
16,7+23
25+52=77
Distance d’arrêt (DA)
=39,7
Distance de freinage (DF)
13+13=26 23+23=46 52+52=104
12,5+26=38,5
Route mouillée
Distance d’arrêt (DA)
16,7+46 25+104=129
=62,7
 Remarque.
Comparer les vitesses de colonnes (1) et (3)ainsi que les distances de freinage pour ces mêmes vitesses.
La distance de freinage et la vitesse d’un véhicule sont-elles proportionnelles ?
Pour passer de 45 km/h à 90 km/h, on multiplie par deux. Or DA n’est pas doublée car elle
passe de 38,5 m à 129 m. DA n’est pas proportionnelle à V.
Distance de freinage sur route sèche
100
90
distance (en m)
80
70
60
50
40
30
20
10
0
40
50
60
70
80
90
100
110
vitesse (en km/h)
On retrouve 13 m, 23 m et 52 m
Retrouve les valeurs du tableau à partir du graphique ci-dessus. (Traits de construction en rouge).
Entre le moment où le conducteur perçoit un obstacle et celui où il commence à freiner s’écoule une durée
appelée : temps de réaction. C’est la durée de la transmission de l’influx nerveux entre l’organe récepteur (l’œil qui perçoit l’obstacle) et l’organe effecteur (la main qui serre le frein).
Le temps de réaction est plus ou moins long suivant les individus, leur état de fatigue, leur alcoolémie, …
Sa durée moyenne est de 1 à 2 secondes.
La distance parcourue pendant le temps de réaction (DTR) dépend de la vitesse du véhicule.
Entre le moment où le conducteur actionne les freins et celui où le véhicule s’arrête, la distance parcourue
est appelée distance de freinage (DF). Celle-ci dépend du véhicule et en particulier de l’état du système
de freinage, de la vitesse du véhicule, de l’adhérence du véhicule sur la chaussée qui est elle-même liée à
l’état des pneumatiques et à l’état de la chaussée (sèche, mouillée, verglacée, …).
La distance d’arrêt (DA) est la somme de la distance parcourue pendant le temps de réaction et de la
distance de freinage.
La sécurité routière dans les
disciplines au collège.
1996/1997.
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