Donner la définition de la vitesse instantanée.

Document pédagogique mis à la libre disposition de tous par le groupe Sciences Physiques de l’Académie de Toulouse
Fiche de physique " Elève " T.P.2 Le vecteur vitesse
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Qu'est ce que le vecteur vitesse instantanée ?
I) Rappels de seconde
a. Donner la définition d’un référentiel.
b. Donner la définition d’une trajectoire d’un point mobile.
c. Donner la définition de la vitesse moyenne d’un point mobile.
II) Notion de vitesse instantanée
a. Protocole expérimental et documents
Au cours d’une séance d’essai avant une course de Formule 1, des ingénieurs mesurent la position de leur voiture à
différents instants. Pour cela, ils équipent le bolide d’un appareil de positionnement GPS qui permet de connaître à des instants
précis les coordonnées de la voiture. Ils obtiennent les documents suivants :




Le document 1 représente les positions d'un point M du véhicule, toutes les 0,1 s. L'origine des dates est prise au passage
par le point numéro 1, d'où t1 = 0 s.
Le document 2 indique l'enregistrement du compteur de vitesse de la voiture (voir Doc 2).
Le document 3 représente un extrait de la trajectoire à l'échelle 1/300e. Il servira pour les calculs de vitesse.
On note A, B et C, les positions de M aux instants t6, t16 et t26 .
b. Travail
A l’aide des documents 2 et 3 mis à votre disposition, remplir le tableau ci-dessous.
Vmoy entre
ti-5 et ti+5
Vmoy entre
ti-4 et ti+4
Vmoy entre
ti-3 et ti+3
Vmoy entre
ti-2 et ti+2
Vmoy entre
ti-1 et ti+1
Indication
du compteur
t (s)
Autour du
point A
(i = 6)
Autour du
point B
(i = 16)
Autour du
point C
(i = 26)
l (m)
VA =
Vmoy (m.s-1)
l (m)
VB =
Vmoy (m.s-1)
l (m)
VC =
-1
Vmoy (m.s )
c. Interprétation et application



Donner la définition de la vitesse instantanée.
Indiquer l'appareil qui mesure une vitesse instantanée.
Déterminer à l'aide du seul document 3 la vitesse instantanée au point D. Justifier et vérifier la réponse.
III) Construction du vecteur vitesse instantanée.
a. Méthode de construction du vecteur vitesse instantanée en un point
- Mesurer la valeur de la vitesse instantanée en ce point.
- Tracer le vecteur vitesse instantanée dont les caractéristiques sont les suivantes :
Point origine : Le point considéré
La direction : La tangente à la trajectoire en ce point
Le sens : Le sens du mouvement
La longueur : proportionnelle à la valeur de la vitesse instantanée (pour cela, utiliser une échelle adaptée).
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b. Construction
Sur le document 1, tracer les 3 vecteurs vitesse instantanée au point N° 6, 16 et 26.
IV) Intérêt du vecteur vitesse.
a.
b.
Que se passe-t-il si la voiture dérape au point N° 6 sur une plaque de verglas ?
A partir des "photos" instantanées suivantes, indiquer les informations manquantes pour pouvoir déterminer la trajectoire
future (proche) du ballon.
N°
1
2
3
4
Photo
Informations
manquantes
N°
Photo
Informations
manquantes
c.
Application à la mécanique des fluides.
Le document ci-dessous représente le résultat d'une simulation à l'ordinateur d'écoulement d'un fluide dans une conduite. Les
flèches représentent les vecteurs vitesses instantanées des différentes portions du liquide.

Décrire l'écoulement de ce fluide dans la conduite.
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Documents
Trajectoire de M
16
1
Doc. 1
Doc. 2
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Position des points 1 à 11
Echelle: 1/300e et  = 0,1s
Doc 3a
11
A
1
Position des points 11 à 21
Echelle:1/300e et  = 0,1s
Doc 3b
11
B
21
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C
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31
Doc 3c
21
Position des points 21 à 31
Echelle:1/300 et  = 0,1s
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