TP 3 Vitesse

2nde
VITESSE
P 5 TP 3
But du TP :  Réaliser des changements de référentiels
 Calculer des vitesses dans différents référentiels.
 Calculer des vitesses moyennes et des vitesses instantanées.
1. Vitesse et référentiel
1.1. Trains
Vous êtes assis près d’une fenêtre dans le TGV Atlantique. Sur les longues portions rectilignes, ce train se
déplace à une vitesse constante
1
V 300 km.h
.
Dire à quelle vitesse et dans quel sens se déplacent les objets suivants par rapport à vous, donc dans le
référentiel lié au TGV.
1°/ Un TGV (de même vitesse) faisant le trajet inverse.
2°/ Un arbre sur le coté de la voie.
3°/ Un train de marchandise
1
T
se déplaçant à
1
1
V 100 km.h
dans le même sens que notre TGV.
4°/ Un train de marchandise
2
T
se déplaçant à
1
2
V 100 km.h
en sens contraire de notre TGV.
1.2. Tapis roulants
Deux tapis roulant identiques et parallèles équipent le couloir d’une grande station de métro. Selon l’heure
de la journée, pour s’adapter au trafic, ils fonctionnent soit dans le même sens, soit en sens opposés.
1°/ Soit V la vitesse de chacun des tapis roulant par rapport au sol. Quelle est la vitesse d’un tapis roulant
par rapport à l’autre lorsqu’ils fonctionnent dans le même sens ? En sens opposés ?
2°/ Un voyageur A en retard court sur l’un des tapis roulant à la vitesse
A
V
(dans le bon sens !). Quelle est
sa vitesse par rapport au sol ?
3°/ Un enfant B marche sur l’un des tapis à la vitesse
B
V
dans le mauvais sens. Quelle est sa vitesse par
rapport au sol ?
(Les deux tapis roulants de la station de métro Montparnasse à Paris font 185 m de long et avancent à la
vitesse de
1
3km.h
)
1.3. Moto
Une valise est fixée sur le porte bagage d’une moto roulant en ligne droite sur une autoroute à la vitesse
constante
1
V 120 km.h
.
1°/ Quel est le mouvement de la valise dans le référentiel terrestre ?
2°/ Quel est le mouvement de la valise dans le référentiel de la moto ?
3°/ Quel est le mouvement de la valise dans le référentiel d’une voiture de vitesse constante
1
V 130 km.h
et roulant en sens inverse de la moto (sur l’autre voie de l’autoroute) ?
1.4. Manège
Un enfant se trouve au centre du plateau d’un manège de rayon
R 6 m
. Le manège tourne lentement à
raison de 1 tour en 30 s. L’enfant s’éloigne du centre du manège et se déplace selon un rayon à la vitesse
constante
1
V 0,5m.s
.
1°/ Dans un référentiel lié au manége, représenté les positions de l’enfant toutes les
2s
à l’échelle
1cm 1m
.
2°/ On veut représenter la trajectoire de l’enfant par rapport au référentiel terrestre.
2.1. Calculer l’angle dont a tourné le manège en
2s
.
2.2. Représenter le manège vu de dessus à l’échelle
1cm 1m
.
2.3. Représenter la position de l’enfant toutes les
2s
.
2.4. Représenter la trajectoire de l’enfant dans le référentiel terrestre.
3°/ Représenter, sur le même schéma que précédemment, la trajectoire dans le référentiel terrestre d’un autre
enfant qui se déplace deux fois moins vite.

2. Vitesse moyenne et vitesse instantanée
La valeur de la vitesse instantanée d’un objet en position 2 est donnée par la valeur de la vitesse moyenne
calculée entre les positions voisines 1 et 3.
2.1. Voiture
Une voiture a le mouvement suivant : accélération uniforme de
1
V 0 m.s
à
1
V 20 m.s
pendant
t 20s
, puis vitesse constante (
1
V 20 m.s
) pendant
t 20s
et freinage uniforme jusqu’à
1
V 0 m.s
en
t 10 s
.
1°/ Représenter les variations de la vitesse en fonction du temps
V (t)f
sur un graphique.
Échelle : abscisses
2 cm 10 s
; ordonnées
1
2 cm 10 m.s
.
2°/ Calculer la vitesse moyenne de la voiture sachant qu’elle a parcouru 700 m.
2.2. Chute libre d’une balle
La chronophotographie du mouvement de chute libre d’une balle de golf est représentée ci-dessous. La
durée séparant deux flashs successifs est
48 ms
.
1°/ Calculer la valeur de la vitesse instantanée aux points
2
B
,
4
B
et
6
B
.
2°/ Caractériser le mouvement de la balle.
2.3. Lancé d’une balle
On considère la chronophotographie du mouvement d’une balle lancée dans le référentiel terrestre (voir ci-
dessous).
L’intervalle de temps entre deux positions successives de la balle est
0,1s
.
1 cm sur le schéma correspond à 1 m en réalité.
1°/ Numéroté les différentes positions de la balle.
2°/ Que fait la valeur de la vitesse de la balle de la position 1 à la position 7 ? Justifier la réponse sans
calculs.
3°/ Calculer la valeur de la vitesse instantanée de la balle lorsqu’elle est en position 3 puis lorsqu’elle est en
position 7. Est-ce que cela confirme votre réponse précédente ?
4°/ Que fait la valeur de la vitesse de la balle de la position 11 à la position 18 ? Justifier la réponse sans
calculs.
5°/ Calculer la valeur de la vitesse instantanée de la balle aux positions 12 et 17.
1
1
B
2
B
3
B
4
B
5
B
6
B
7
B
8
B
1m