Exercice N°12 - Ecole sur le Web

Exercice N°12 :
Que faut-il définir avant d’étudier un mouvement ?
1. Quelle tête ! (Reproduire le schéma)
On souhaite étudier le mouvement du ballon lors de l’action photographiée ci-contre.
1. Quel est le système étudié ?
2. Citer des référentiels permettant d’étudier le mouvement du ballon.
3. Quels sont les référentiels terrestres parmi les référentiels cités ?
2. Choix de référentiel : (Reproduire les schémas)
Un photographe a réalisé deux photographies d’une course.
Dans un cas, il suit les coureurs dans une voiture. Dans l’autre, il est immobile sur le trottoir.
1. A quelle situation correspond chacune des photographies ? Justifier la réponse.
2. Dans quelle situation l’appareil photo correspond-il à un référentiel terrestre ?
Comment décrire un mouvement ?
3. Sue un tapis roulant : (Reproduire le schéma)
Pour son entraînement, Naïma court sur un tapis roulant qui défile sous ses pieds à vitesse
constante par rapport au sol. Son buste est immobile par rapport au sol.0
1. Que peut-on dire du mouvement d’un point du buste de Naïma :
a. Par rapport au sol ?
b. Par rapport au tapis ?
2. Quel est le mouvement d’un point visible du tapis par rapport au sol ?
4. La pyrénéa :
Lors de la 24e édition du triathlon la Pyrénéa, le vainqueur a parcouru 17,0 km à pied en 1 h 07
min 09 s, 35,0 km à vélo en 1 h 25 min 26 s et 6,0 km à ski de randonnée en 40 min 23 s.
1. Quelle est la valeur de la vitesse de cet athlète sur chacun des parcours de la course.
L’exprimer en mètre par seconde.
2. Quelle est la valeur de la vitesse de l’athlète sur l’ensemble de la course ? L’exprimer en
mètre par seconde, puis en kilomètre par heure.
La relativité du mouvement
5. Question de référentiel : (Reproduire le schéma)
Lors d’une descente en bobsleigh à quatre, le départ est capital. Les quatre athlètes poussent le
bobsleigh lors du démarrage. L’homme de tête, le pilote, monte à l’avant, suivi des trois autres.
Tous les mouvements seront étudiés à partir du moment où a été prise la photographie cidessous.
Dans quel référentiel peut-on dire que :
1. Le pilote est immobile ?
2. Le pilote avance ?
3. Le pilote se déplace vers la gauche ?
Chronométrage
6. La poursuite par équipe :
Aux jeux olympiques de Pékin, en 2008, la Grande-Bretagne a pulvérisé le record du monde de
poursuite par équipe messieurs avec un temps de 3 min 314 ms pour 4000,0 m parcourus.
1. Ecrire la durée du parcours en minute et seconde, puis en seconde.
2. Avec quelle précision a été chronométrée cette épreuve ?
3. Quelle est la valeur de la vitesse de cette équipe sur l’ensemble du parcours ? L’exprimer en
mètre par seconde, puis en kilomètre par heure.
7. Championnats du monde d’athlétisme : (Reproduire le schéma)
Lors des championnats du monde d’athlétisme d’août 2009, le Jamaïcain Usain Bolt a établi en
9,58 s un nouveau record du monde de 100m.
Aux jeux olympiques de Berlin en 1936, l’Américain Jesse Owens avait remporté le 100 m en
10,3s.
1. Calculer la valeur de la vitesse de chacun des coureurs sur l’ensemble du parcours.
L’exprimer en m.s-1.
2. Si Usain Bolt avait couru pendant la même durée que Jesse Owens en gardant sa performance,
quelle distance aurait-il parcourue ?
3. Si les deux coureurs participaient à une course commune en gardant leur performance
respective, a quelle distance de la ligne d’arrivée se trouverait Jesse Owens au moment même
où Usain Bolt la franchirait ?
4. Quelle est la précision de chacun des chronométrages ?
8. Grand tremplin du saut à ski : (Reproduire le schéma)
Lors d’une épreuve de saut à ski, après une course d’élan de 100 m, la valeur de la vitesse du
sauteur atteint 92 km.h-1 au moment de prendre son envol.
Il passe de 0 km.h-1 à 92 km.h-1 en 5,0 s.
1. Quelles sont les caractéristiques du mouvement d’un point du casque du sauteur lors de sa
course d’élan dans le référentiel terrestre ?
2. Calculer la valeur de la vitesse moyenne du skieur sur les 100 m de sa prise d’élan.
3. Composer cette valeur à 92 km.h-1. Pourquoi sont-elles différentes ?
9. Grand prix de formule 1 :
Jenson Button a remporté le grand prix de Chine 1010 en 1 h 46 min 42,163 s. la longueur du
parcours était 305,256 km.
1. Quel est la précision du chronométrage ?
2. Quelle est la précision sur la mesure de la longueur du parcours ?
3. Quelle est la valeur de la vitesse de Button sur l’ensemble du parcours ?
10. Un saut en parachute : (Reproduire le schéma)
Dans un référentiel terrestre, on peut décomposer un saut en parachute en quatre phases :
-
Une première phase, à une altitude d’environ 4000 m, pendant laquelle la valeur de la
vitesse de descente du parachutiste passe de 0 km.h-1 à 200 km.h-1 ;
Une troisième phase qui débute à 1000 m d’altitude lors de l’ouverture du parachute ;
la valeur de la vitesse du parachutiste diminue alors jusqu’à 15 km.h-1.
Une quatrième phase au cours de laquelle le parachutiste descend à vitesse constante.
Quelle est l’évolution de la valeur de la vitesse au cours de chacune des phases du mouvement
du parachutiste ?
11. A chacun son rythme :
Cet exercice est proposé à deux niveaux de difficulté.
Dans un premier temps, essayer de résoudre l’exercice de niveau 2. En cas de difficultés, passer
au niveau 1.
Lors de son record du monde, Haile Gebreselassie a parcouru les 42,195 km du marathon de
Berlin (2008) en 2 h 3 min 59 s.
Niveau 2 :
1. Calculer la valeur de la vitesse du recordman sur l’ensemble du parcours.
L’exprimer en m.s-1.
2. Si le recordman et le deuxième coureur sont séparés de 3,0 m à l’arrivée, leurs temps affichés
seront-ils obligatoirement différents ? On considérera qu’ils passent la ligne d’arrivée avec la
valeur de la vitesse calculée à la question 1.
Niveau 1 :
1. a. Exprimer la distance du marathon en mètre.
b. Exprimer la durée du parcours en seconde.
c. Calculer la vitesse du recordman sur l’ensemble du parcours. L’exprimer en mètre par
seconde.
2. a. Quelle est la précision sur le temps affiché ?
b. Quelle est, en moyenne, la distance parcourue par ce coureur en 1 seconde ?
c. Si le recordman et le deuxième coureur sont séparés de 3,0 m à l’arrivée, leurs temps affichés
seront-ils obligatoirement différents ?
On considérera qu’ils passent la ligne d’arrivée avec la valeur de la vitesse calculée à la question
1.c.
12. La photofinish : (Reproduire le schéma) :
Une « photofinish » est parfois nécessaire pour classer les concurrents, par exemple les
sprinteurs lors de l’arrivée d’une course. Pour réaliser une « photofinish », on utilise une caméra
fixe, couplée à un ordinateur et placée sur la ligne d’arrivée. Cette caméra est capable de prendre
1000 images par seconde. De chaque image, on ne garde qu’une bande verticale, centrée sur la
ligne d’arrivée dont la largeur n’est que d’un pixel (définition de l’image). De l’image suivante,
prise 1/1000e de seconde plus tard, on ne garde que la même bande que l’on vient placer à
gauche de la bande précédente et ainsi de suite.
Une photofinish est donc une représentation temporelle de ce qui se passe sur la ligne d’arrivée.
C’est pourquoi l’allure des objets ou des concurrents peut être déformée sur une photofinish.
1. a. Quel est le temps officiel d’Usain Bolt, vainqueur du 100 m des Jeux olympiques de Pékin
dont la photofinish est représentée ci-dessous ?
b. Quelle est la précision du temps officiel affiché pour chaque chronométrage ?
c. Pourquoi cette précision a-t-elle remplacé le 1/10e de seconde ?
d. Comment le temps officiel est-il obtenu à partir des valeurs lues sur la photofinish ?
2. a. A partir des informations du texte ci-dessus, déterminer la précision du temps que l’on
pourrait obtenir avec une photofinish.
b. Lors d’une course deux concurrents peuvent arriver dans le même temps officiel.
A quelle condition peuvent-ils être départagés par la photofinish ?
3. La course se déroule sur une vitesse de 100 m.
Quelle a été, en moyenne, la valeur de la vitesse d’Usain Bolt sur la distance de la course ?
4. Calculer la valeur de la vitesse moyenne du coureur qui est arrivé deuxième lors de cette
épreuve.
5. On considère que, sur la dernière seconde course, chaque coureur a une vitesse égale à sa
vitesse moyenne sur l’ensemble du parcours.
A quelle distance de la ligne d’arrivée, le coureur classé en deuxième position se trouvait-il
lorsqu’Usain Bolt a franchi la ligne ?
6. Répondre à la question 5 pour le coureur arrivé dernier.
13. Prendre un bon départ :
Le départ d’une course de 100 m est donné par un coup de pistolet tiré par un juge placé dans
le plongement de la ligne de départ, du côté du couloir numéro 1. La distance séparant le couloir
1 du couloir 8 est de 8,5 m. le son se propage dans l’air à la vitesse de 340 m.s-1.
1. Quelle est la durée séparant la réception du signal de départ entre les coureurs des couloirs 1
et 8 ?
2. On suppose qu’un coureur est sur le couloir 1 et un autre sur le couloir 8. Lequel des deux
est avantagé ?
3. Dans ces courses de haut niveau. Un haut-parleur est situé sur chaque starting-block. Il
transmet le son du pistolet. Expliquer l’utilité de ce haut-parleur.
4. A New York, en juin 1991, Leroy Burrell bat le record du monde du 100 m en 9,90 s. Carl
Lewis termine second en 9,93 s. le temps de réaction a été de 0,117 s pour Burrell et de 0,166
s pour Lewis.
En se tenant compte que du temps effectif de course, quel a été, de Lewis ou Burrell, le coureur
le plus rapide ?
14. Passage de témoin : (Reproduire le schéma)
Lors d’un relais en athlétisme, un bon passage de témoin consiste à ce que le porteur du
témoin ait, dans la zone de transmission, une vitesse V constance.
Le schéma ci-dessous représente, à des intervalles de temps égaux, les positions du premier
relayeur (violet) et celles du deuxième relayeur (en bleu).
1. Dans un référentiel terrestre, décrire le mouvement du buste :
a. Du premier relayeur ;
b. Du deuxième relayeur.
2. La valeur de la vitesse à l’entrée de la zone de transmission est de 9,1 m.s-1.
a. En quelle durée le premier relayeur parcourt-il une distance de 10 m ?
b. Quel est l’intervalle de temps qui sépare deux positions consécutives représentées sur le
schéma ?
3. a. A l’aide d’un papier-calque, déterminer à chaque instant les positions du premier
relayeur par rapport au deuxième relayeur. (On pourra s’aider de l’activité 3 p 87.)
b. Décrire le mouvement du premier relayeur par rapport au deuxième relayeur.
15 Vent trop favorable pour battre un record :
Pour valider une record jusqu’au 200m inclus, la valeur de la vitesse du vent mesurée dans la
direction et le sens de la course ne doit pas dépasser 2,0 m.s-1.
La vitesse du vent est comptée positivement lorsqu’il se déplace dans le même sens que celui
de la course.
La vitesse du vent est arrondie au dixième de mètre par seconde supérieure.
Lors d’une course, on mesure la valeur de la vitesse du vent à + 2,03m.s-1.
1. Quelle est la précision de la mesure de la valeur de la vitesse du vent ?
2. Le vent est-il favorable aux coureurs ?
3. Quelle est la valeur de la vitesse du vent arrondie suivant la règle officielle ?
4. Un record peut-il être homologué dans ces conditions ?
17. Retour sur l’ouverture du chapitre : (Reproduire le schéma)
Cette chronophotographie représente un saut effectué par une gymnaste.
La durée entre deux positions consécutives est toujours la même.
1. Quel est le référentiel d’étude ?
2. Est-ce un référentiel terrestre ?
3. Quelle est l’allure de la trajectoire de la pointe des pieds de la gymnaste dans ce
référentiel ?
4. Quelles informations la gymnaste peut-elle tirer de cette photographie afin d’améliorer son
saut ?