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Module 3 Science physiques Le mouvement Le langage du mouvement: Les unités de mesures de chacun proviennent du Système International.

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2 Module 3 Science physiques Le mouvement

3 Le langage du mouvement: Les unités de mesures de chacun proviennent du Système International

4 Avant de débuter il faut savoir la différence entre un scalaire et un vecteur. scalaire Une mesure scalaire ou un scalaire est une mesure à laquelle on ne peut associer une direction. Ex: La masse : 20 kg Le temps : 35 min vectorielle Une mesure vectorielle ou un vecteur est une mesure à laquelle on peut associer une direction. –Ex:Le déplacement: 20 km est ou +20 km –La vélocité: 100 km/h sud ou –100 km/h –Laccélération: 9.8 m/s 2 vers le bas ou –9.8 m/s 2

5 Distance: mesure de la longueur totale dun parcours suivant toutes les courbes du trajet. d (distance) d i (distance initiale) d f (distance finale) Δd (intervalle de distance ou changement de distance) Calcul:Δd = d f - d i Lunité de mesure : mètre (m)

6 Temps: le moment où un événement a lieu. t (temps) t i (temps initiale) t f (temps finale) Δt (intervalle de temps ou durée dun événement) Calcul: Δt = t f - t i Lunité de mesure : seconde (s)

7 –d (distance) –d i (distance initiale) –d f (distance finale) –Lunité de mesure : mètre (m) Position: le lieu où un objet est situé, du point de vue dun observateur donné. (Cest un vecteur)

8 Déplacement: la mesure du changement qua subit la position dun objet. Cest un vecteur. Symbole: Δd Calcul: Δd = d f - d I

9 Vitesse

10 Vitesse: comment vite un objet se déplace. Symbole: v Lunité de mesure : mètres par seconde (m/s) ou kilomètre par heure (km/h). –v i (vitesse initiale) – v mo (vitesse moyenne) –v inst (vitesse instantanée) –Δv (changement de vitesse) Calcul: Δv = v f - v ICalcul: Δv = v f - v I Unité de mesure : mètres par seconde (m/s)

11

12 Accélération: la mesure du changement du vecteur vitesse dun objet en un temps donnée. a (accélération) a mo (accélération moyen) a inst (accélération instantané) Lunité de mesure : mètres par seconde à chaque seconde (m/s 2 ).

13 Voici les préfixes du système international(SI). PuissancepréfixesymboleNom connue 10 9 GigaGMilliard 10 6 MégaMMillion 10 3 KilokMille 10 2 HectohCent 10 1 DecadaDix DecidDixième CenticCentième MillimMillième MicroμMillionnième NanonMilliardième

14 B: Comment convertir les différents unités de mesure:

15 Faites la conversion des unités suivants: 210 mm = _____ cm 3.2 kg = ____ dag kg = _____ g 260 mL = ____ dL 326 kW = _____ MW 2.5h = _____ s 3.7 daL = _____ cL m = ____ Mm 6GA = _____ kA 24 g = ____ kg 41 min = _____ s s = _____ min cm = _____hm 0.23 J = _____ mJ

16 La Notation Scientifique Les exposants sont employés dans tous les domaines qui font appel aux mathématiques et spécialement dans le domaine scientifique. Ainsi, la physique nous apprend que le diamètre d'un atome est de 0, centimètre et que le nombre de molécules d'un gaz parfait par centimètre cube est notation scientifiqueIl va sans dire que ces nombres ne sont pas commodes à manipuler. Il est possible de les écrire de façon plus concise en employant les exposants : c'est ce que nous appelons la notation scientifique.

17 La Notation Scientifique Le nombre 0, se lit "un cent millionièmes" et s'écrit à l'aide des exposants 1,0 x De même le nombre s'écrit 2.69 x 10 19

18 Quelques exercices a b c d e f g h i. 26 a. 3,4 x 10 4 b. 5,8 x c. 5,80 x 10 3 d. 8,54 x 10 5 e. 9,36 x f. 1,2 x 10 6 g. 2,85 x h. 9,2 x i. 2,6 x 10 1

19 Le mouvement rectiligne uniforme

20 Définitions MRU - Cest le mouvement dun mobile en ligne droite, de façon constante ou si vous préférez sans variation de vitesse. Vitesse instantanée – vitesse dun objet à un moment précis et un endroit précis. Vitesse moyenne – la moyenne des vitesse instantanée. Vitesse constante – vitesse qui ne subit aucune variation.

21 Exercice de vitesse

22 Quelques définitions oubliés! Cinématique: Étude du mouvement Mobile: Objet en mouvement Physique: Étude de la matière et de lénergie OUPS!

23 De retour avec Le mouvement rectiligne uniforme

24 Comment faire un graphique de la distance en fonction du temps. A laide dune règle, trace un axe des x et un axe des y sur une feuille quadrillé. Inscris Distance le long de laxe des y et temps le long de laxe des x. Indique les unités de mesures. Détermine léchelle a utiliser. Laxe des x pourrait probablement être différent de laxe des y.

25 Suite… Place tes valeurs dans le graphique. Relie les points. Noublie pas de donner un titre a ton diagramme.

26 La Distance en fonction du temps

27 La Distance en fonction du temps

28 La position, le temps et le vecteur vitesse

29 Le Vecteur vitesse et la pente Lorsque lon trouve la pente dune droite dun graphique distance vs temps lon trouve la valeur du vecteur vitesse. La pente dune droite se calcule comme suit;

30 Trouve le vecteur vitesse en utilisant le graghique distance/temps. Donc le vecteur vitesse a une valeur de 3 m/s. (x 2, y 2 ) (0, 0) (x 1, y 1 ) (4, 12)

31 Trouve la valeur du vecteur vitesse entre le point A et le point B, Le point B et le point C ainsi quentre le point C et le point D

32 La vitesse du Point A au point B est de 10m/s. La vitesse du Point B au point C est de 0m/s (aucun mouvement). La vitesse du Point C au point D est de 12.5m/s dans le sens contraire.

33 Les diagrammes et leurs formes Il y a trois types de diagrammes de mouvement rectiligne uniforme Il y a trois types de diagrammes de mouvement rectiligne uniforme : graphique de la distance (d) en fonction du temp (t)]

34 Aucun mouvement (La pente du diagramme est constante et 0, la vitesse est constante (0), lobjet est stationnaire et son vecteur vitesse est 0 ). Aucun mouvement

35 Mouvement uniforme vers le haut ou vers la droite (La pente du diagramme est constante et positive, la vitesse est constante, la direction est vers la droite de lobservateur, et le vecteur vitesse est uniforme et positif.) Mouvement uniforme positif

36 Mouvement uniforme vers le bas ou vers la gauche (La pente du diagramme est constante et négative,la vitesse est constante, le direction est vers la gauche de lobservateur, et le vecteur vitesse est uniforme et négatif. ) Mouvement uniforme négatif

37 LES VECTEURS

38 Un petit rappel: Les vecteurs vectorielle Une mesure vectorielle ou un vecteur est une mesure à laquelle on peut associer une direction. Exemple: –Le déplacement: 20 km Est ou +20 km –La vélocité: 100 km/h Sud ou –100 km/h –Laccélération: 9.8 m/s 2 vers le bas

39 La direction Dans de nombreuses expériences, les objets se déplacent en ligne droite dans une seule direction: vers lavant et larrière ou vers le haut et le bas. Cest ce quon appelle le mouvement rectiligne. Un + signifie vers le haut et vers lavant (la droite). Un – signifie vers le bas et vers larrière (la gauche:).

40 déplacement vélocitéaccélération Donc pour exprimer le déplacement, la vélocité ainsi que laccélération qui sont des grandeurs vectorielles (mesure + direction) nous allons utiliser le +, le –, le nord, le sud, lest ou louest. Exemple 1: Une bicyclette roule à –20m/s. Exemple 2: Une automobile roule à 20m/s E.

41 Comment faire des vecteurs simples: Il faut tracé un axe x et un axe y (comme dans un plan cartésien). Choisis une échelle de grandeur( ex: 1cm = 20km/h ). Pour ceci, essaies dutiliser des chiffres ronds et raisonnable ce qui veut dire que tu ne devrais pas avoir à tracer un vecteur de 10cm. Trace ton vecteur dans la direction demandée en utilisant une règle (sois précis) le début de ton vecteur devrait avoir un point et la fin une flèche.

42 Ex: trace un vecteur de vitesse de 80km/h nord. Échelle: 1 cm = 10km/h 8 cm

43 Trace les vecteurs suivants: a) +10m/s 2 b) 33m/s sudc) –200km d) 75km/h este) 1550 m nord 5 cm a) + 10m/s 2 Échelle: 1cm = 2m/s 2

44 Ex: trace un vecteur vitesse de 440m/s S70 o O. Échelle: 1cm = 44m/s 70° 10cm

45 Comment faire des vecteurs avec des angles: Il faut tracé un axe x et un axe y. Choisi une échelle de grandeur (ex: 1cm = 50m). Parce quil faut toujours considérer le N ou le S les premiers nous allons devoir mesurer langle à partir de ces axes (cest à dire à partir de laxe des y). Trace ton vecteur en utilisant une règle (sois précis).

46 Un problème qui survient souvent est la mesure de langle dun vecteur qui est court?

47 Ex: trace un déplacement de 200m N30 o E. 30 o 4cm Note: pour chaque vecteur que tu feras tu devras toujours prendre la mesure de langle à partir de laxe verticale (y). Échelle: 1cm = 50m

48 Ex: trace un vecteur accélération de 1500m/s ² N15 o O. Échelle: 1cm = 150m/s² 15° 10cm

49 Trace les vecteurs suivants: a) 400m/s 2 S45 o O b) 27m/s N60 o O c) 100km N15 o Ed) 155 km/h S 80 o E a) 400m/s 2 S45 o E 45 o Échelle: 1cm = 100m/s 2 4cm

50 Question défi Tu pars pour un voyage dont la destination est Grand Sault. Pour que tu puisse te rendre là tu devras suivre le trajet suivant: 150 km O (jusquà Fredericton) 300 km N20 o O (jusquà Grand Sault) a) Trace les vecteurs résultants de ce voyage. b) Donne la distance totale parcourue ainsi que le déplacement résultant.

51 Addition de vecteurs Il faut tracé un axe x et un axe y. Choisi une échelle de grandeur (1cm = 10km). Trace le premier vecteur utilisant la même méthode que la section précédente. Trace un autre axe x et y au bout du vecteur que tu viens de tracer. Trace le deuxième vecteur en partant du nouvel axe que tu viens de tracer.

52 Un Frizbee a une vitesse de 10 m/s (N.): il subit une variation de vitesse de 10 m/s (O.). Trouve la vitesse résultante du Frizbee. Échelle: 1cm = 2m/s La résultante est 14 m/s(N. 45 o O.) 45º 7 cm

53 Ex: Paul voyage 30km N45 o E puis 60km S50 o E et enfin 27km S 30 o O. 45 o Échelle: 1cm = 10km 50 o 30 o La résultante!!!! La résultante mesure 8.9cm (S51ºE) 51 o

54 La résultante te donne le déplacement totale éffectué!!! Prend la mesure de la résultante et multiplie la par léchelle que tu as utilisé. 8.9cm x 10 = 89km8.9cm x 10 = 89km Donc Paul a voyagé 89 km S51ºEDonc Paul a voyagé 89 km S51ºE

55 Pratiquons-nous: Supposons qu'un chasseur quitte son camp et effectue deux déplacements consécutifs dans deux directions différentes. Premièrement, il se déplace de 3 km [N25ºO], puis il marche 4 km [E]. Le chasseur aura parcouru une distance de 7 km depuis son camp. Cependant, il ne sera pas à 7 km du camp. Comment peut-on trouver le déplacement résultant du chasseur ?

56 Ok il cest déplacé de 3 km [N25ºO], puis il a marché 4 km [E]. La résultante nous donnera le déplacement du chasseur. Échelle: 1cm = 1km 25º La résultante est de 3.9km N44ºE 3.9cm 44º

57 Un avion va a une vitesse de 100 m/s (S. 25º O.) par rapport a lair et le vent le soumet a une accélération augmentant sa vitesse a 240 m/s N.70º O.). Quelle est la vitesse résultante de lavion par rapport au sol? 25º Échelle: 1cm = 20 m/s 70º La résultante 13,5cm = 270 m/s (S. 88º O.)

58 Une voiture roule a une vitesse de10 m/s (O.) puis ralentit a 4,0 m/s dans la direction (N. 60º O.) et finalement accélère a 6,0 m/s (N. 30º E.). Trouve le vecteur vitesse résultant. Échelle: 1cm = 2 m/s 60º 30º La résultante 6,5cm = 13 m/s(N. 55º O.) 55º

59 Le mouvement uniforme accéléré

60 Définitions MUA – Cest un mouvement dont l'accélération (a) est constante. Ce qui veux-dire que le changement de vitesse ce fait au même taux pour une période de temps donnée. Accélération instantanée – accélération dun objet à un moment précis et un endroit précis. Accélération moyenne – la moyenne des accélération instantanée. Accélération constante – accélération qui ne subit aucune variation.

61 La vitesse, le temps et le vecteur accélération

62 Le Vecteur accélération et la pente Lorsque lon trouve la pente dune droite dun graphique vitesse vs temps lon trouve la valeur du vecteur accélération.

63 Trouve laccélération représenter dans ce graphique. Le vecteur accélération a une valeur de -8 m/s² qui veut donc dire une décélération. Voici tes deux points: (0, 80) et (10, 0) (x 1, y 1 ) (x 2, y 2 )

64 Graphique de la vitesse qui varie en fonction du temps Trouve laccélération subit entre A et B, C et D, entre D et E et entre G et H.

65 Accélération entre A et B: Accélération entre C et D: Accélération entre D et E: Accélération entre G et H: La vitesse augmente de 0.8 m/s à chaque seconde qui passe. La vitesse augmente de 2 m/s à chaque seconde qui passe. La vitesse diminue de 2 m/s à chaque seconde qui passe. La vitesse ne change pas.

66 Définition L'accélération (a) : est le taux de changement du vecteur vitesse d'un objet. Accélération gravitationnelle: accélération appliquée à un objet dû à la force gravitationnelle de la terre (9,8 m/s 2). accélération = changement du vecteur vitesse temps écoulé a = v f - v i t L'unité SI de l'accélération est le (m/s)/s ou m/s 2.

67 Quel est laccélération dune auto de course si sa vitesse est augmenté uniformément de 40m/s à 66m/s sur une période de 11s. v i = 40 m/s v f = 66 m/s t = 11 s a = ? Quelle formule vais-je utiliser? vf vf = vi vi + at a = vf vf – vivi t a = 66 – a = 2.36 m/s 2 Laccélération de la voiture est de 2.36 m/s 2.

68 Dans un tube sous vide, un électron est accéléré uniformément à partir du repos à une vitesse de 2.6x10 5 m/s durant une période de temps de 6.5x10 -7 s. Calcule laccélération de lélectron. v i = 0 m/s v f = 2.6x10 5 m/s t = 6.5x10 -7 s a = ? a) v=d/t b) v f = v i + at c) d = v i t + at 2 2 d) d = (v i + v f )t 2

69 Une voiture roule à 80km/h dans une zone de 50km/h. Si le conducteur voie un enfant qui traverse sans regarder, et quil prend 4s pour simmobiliser, quel est la décélération que la voiture subit? v i = 80 m/s v f = 0 m/s t = 5 s a = ? a) v=d/t b) v f = v i + at c) d = v i t + at 2 2 d) d = (v i + v f )t 2 vf vf = vi vi + at a = vf vf – vivi t a = 0 – 80 5 a = -16 m/s 2

70 Ok! Faisons une petite synthèse de tout ce que lon a vue avec le mouvement.

71 Voici quelques formules à utiliser pour résoudre les problèmes de physique a) v = db) v f = v i + at t c) v f 2 = v i 2 + 2add) d = v i t + at 2 2 e) v moy = (v i + v f ) f)d = (v f + v i )t 2 2

72 Le réarrangement de formules Étape 1 Si il y a des parenthèse faire la distribution. (IMPORTANT: si la variable recherchée est a lavant de la parenthèse ne rien faire) Étape 2 Lorsquil y a des fractions, sen départir en multipliant chaque terme de chaque côté de ton équation par un dénominateur commun sans toucher au(x) dénominateur(s). Ne pas oublier de réduire. Étape 3 Placer le ou les termes contenant la variable rechercher sur un côté du égale et envoyer les autres termes de lautres côté soit en les additionnants ou en les soustrayants. Étape 4 Diviser chaque côté de léquation par les parties du terme autres que la variable rechercher.

73 Exemple

74 Résolution de problèmes de physique devrasVoici ce que tu devras faire: 1.Lis le problème. 2.Resort les connues et linconnue. 3.Choisis la formule appropriée (page suivante). 4.Réarrange la formule pour la variable recherchée. 5.Remplace les variables et trouve la réponse. 6.Ecris ta réponse sous forme de phrase. 7.Ne pas oublier les unitées de ta réponse.

75 Une fusé lancée dans lespace voyage pour km durant les 6 premières heures de sont lancement. Quel est la vitesse moyenne de la fusé en km/h. d = km t = 6h v moy = ? Quelle formule vais-je utiliser? a) v=d/t b) v f = v i + at c) d = v i t + at 2 2 d) d = (v i + v f )t 2 v = d/t v = /6 v = km/h La vitesse moyenne de la fusée est de km/h.

76 Une voiture de course voyageant vers lest à une vitesse de 45m/s est ralentit au taux de –1.5m/s 2 pour 9.8s. Quel est la vitesse finale de cette voiture. v i = 45 m/s v f = ? t = 9.8 s a = -1.5 m/s 2 a) v=d/t b) v f = v i + at c) d = v i t + at 2 2 d) d = (v i + v f )t 2 vf vf = vi vi + at vf vf = 45 + (-1.5)(9.8) vf vf = 45 – 14.7 vf vf = 30.3 m/s

77 Un jet privé attérit sur une piste dattérisage et ralentit uniformément –6.5m/s 2 jusquau repos en 11s. a) Calcule sa vitesse initiale. b) Calcule la distance parcourus avant quil soit au repos. v i = ? v f = 0 m/s t = 11 s a = -6.5m/s 2 a) v=d/t b) v f = v i + at c) d = v i t + at 2 2 d) d = (v i + v f )t 2 a) vi vi = vf vf - at vi vi = 0 - (-6.5)(11) vi vi = vi vi = 71.5 m/s b) d = (v i + vf) vf) t 2 d = ( )(11) 2 d = d = m

78 Corps en chute libre

79 Sur terre, lors de la chute libre dun corps, deux forces sy exercent. La première est bien sur la gravitation due à lattraction de tout corps massif comme la terre et la deuxième est la friction de lair (négligeable). Laccélération du corps en chute libre est proportionnelle à la force (quelconque) quil subit et inversement proportionnelle à sa masse.

80 Le savais-tu? L'accélération du corps est donc quasi-constante : environ 9.8 m/s 2, donc la vitesse est en constante augmentation (de 9.8 m/s à chaque seconde) au début de la chute. Au bout dun moment, il y a équilibre entre la gravitation et la résistance de lair et lobjet naccélère plus. Il a atteint sa vitesse maximale (sur terre). Cette vitesse peut atteindre 300 km/h pour un parachutiste en descente verticale.

81 Quelques problèmes de chute libre! Une joueuse de tennis lance une balle verticalement dans les airs à 15m/s. Quelle est la vitesse de la balle après 2,0s. v i = 15 m/s v f = ? m/s t = 2,0 s a = -9,8m/s 2 v f = v i + at v f = 15 + (-9,8)(2,0) v f = 15 – 19,6 v f = -4,6 m/s La vitesse de la balle après 2,0s est de 4,6 m/s vers le bas!

82 On lance une pièce de monnaie en lair à une vitesse de 5,0 m/s. Quelle hauteur maximale la pièce atteint-elle? Quelques problèmes de chute libre! v i = 5,0 m/s v f = 0 m/s d = ?m a = -9,8m/s 2 d = (v i + v f )t 2 d = (5,0 + 0)0, d = 1,2755 m t = (v f - v i ) a t = (0 – 5,0) -9.8 t = 0,5102s La hauteur maximum que la pièce de monnaie atteint est de 1,3 m

83 À ton tour! 1.Une flèche est projetée droit dans les airs à 50m/s. Calcule sa vitesse après a) 3s et b) 8s. 2.Un singe est perché dans un arbre lance une banane directement sur le sol à 2,0m/s. Quelle est la vitesse de la banane après 1,5s?

84 Révision

85 LA FIN!!!


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