Partie 2: Mouvements et interactions

Chapitre 1: Mouvements

Découper et coller l’exercice 1 1/ Référentiel d’observation Exercice 1 : Soient 2 personnes Jean et Marie. Jean est assis dans un train, Marie est assise sur le quai de la gare. Le train avance entre Marseille et Paris. 1/ Marie peut dire que : Le train est (en mouvement / immobile) Le quai est (en mouvement / immobile) Jean est en (mouvement / immobile) Jean peut dire que : Marie est en (mouvement / immobile) Découper et coller l’exercice 1 Autres exemples: ne pas copier Une voiture file sur l'autoroute avec un enfant endormi sur le siège arrière. Cet enfant est-il immobile ou en mouvement ? L’enfant est immobile par rapport à la voiture mais en mouvement par rapport à la route.

On est à la place de la caméra sur le cerceau. Que peut-on dire : Un train part de Toulon à 7h00 pour arriver à Marseille à 7h48. La distance séparant les deux gares est de 50 km. Lise est assise dans un wagon de ce train et Alban est sur le quai. Il regarde le train partir. Lise est-elle immobile ou en mouvement par rapport au quai ? Alban est-il immobile ou en mouvement par rapport au quai ? Lise est-elle en mouvement par rapport à Alban? Alban est-il en mouvement par rapport à Lise ? Lise est en mouvement par rapport au quai. Alban est immobile par rapport au quai. Lise en en mouvement par rapport à Alban. Alban est en mouvement par rapport à Lise. Question subsidiaire : quelle est la vitesse moyenne du train entre Toulon et Marseille ? V=50 000/48x60 = 17,4 m/s = 62,5 km/h VIDEO D’un Hulla hoop : On est un spectateur debout et à l’arrêt dans l’herbe. On observe la jeune femme faire du hula-hoop. Que peut-on dire : VIDEO Des arbres de la forêt en bordure du pré ? De la jeune femme ? Du hula-hoop ? Immobiles Immobile, elle se déhanche Il tourne On est à la place de la caméra sur le cerceau. Que peut-on dire : VIDEO Des arbres de la forêt en bordure du pré ? De la jeune femme ? Du hula-hoop ? Ils tournent Elle tourne immobile

Dans un train : On est un spectateur assis dans le train en face du garçon. On observe le garçon lâcher la balle. Que peut-on dire : ANIM Des arbres et des collines ? Du train ? Du garçon ? De la balle ? Ils se déplacent horizontalement   Immobile Elle tombe rectilignement et verticalement On est un spectateur assis dans l’herbe. On observe le garçon lâcher la balle. Que peut-on dire : Des arbres et des collines ? Du train ? Du garçon ? De la balle ?   Immobile Ils se déplacent horizontalement Il se déplace horizontalement Elle rebondit en avançant En « Athlétisme » Cas n°1 : La caméra est sur le bord de piste. Que peut-on dire du mouvement… des coureurs ? ils bougent des spectateurs ? immobiles Cas n°2 : La caméra est sur un chariot roulant. Que peut-on dire du mouvement… VIDEO VIDEO

On peut multiplier les exemples: Bobsleigh Cas n°1 : La caméra est sur le bord de piste. Que peut-on dire du mouvement… des spectateurs ? immobiles du bobsleigh ?il bouge Cas n°2 : La caméra est embarquée sur le bobsleigh. Que peut-on dire du mouvement… du bobsleigh ?immobiles des spectateurs ?ils bougent video Saut à l’élastique Cas n°1 : La caméra est posée sur le pont. Que peut-on dire du mouvement… des arbres ? immobiles du sauteur ? il bouge Cas n°2 : La caméra est embarquée sur le sauteur. Que peut-on dire du mouvement… global du sauteur ?immobiles Des arbres ? ils bougent video video video la « patrouille de France » Cas n°1 : La caméra est sur au sol Que peut-on dire du mouvement… des avions ? Ils bougent du sol, des spectateurs  ?immobiles Cas n°2 : La caméra est embarquée dans l’avion. Que peut-on dire du mouvement… Des avions  ?immobiles des spectateurs, du sol ?ils bougent video video

Referentiel cycliste

Referentiel voiture

Types de référentiels

A noter dans le cahier Bilan : Le mouvement d’un objet dépend de l’observateur appelé REFERENTIEL. Un RÉFÉRENTIEL est un OBJET de REFERENCE par rapport auquel on étudie le mouvement. On lui associe un repère d’espace + une horloge. Il faut toujours préciser le référentiel quand on décrit un mouvement d’un objet. Un objet peut être IMMOBILE par rapport à un référentiel et en MOUVEMENT par rapport à un autre référentiel (Galilée, « le mouvement est comme rien ») Le mouvement d’un objet est caractérisé par : sa TRAJECTOIRE et sa VITESSE (qui dépendent aussi du REFERENTIEL)

Simulation IP collision Astronomie My solar system Saut de voiture moto

Découper et coller l’exercice 2 2/ Trajectoires Découper et coller l’exercice 2 Exercice 2 : Observe les mouvements des différents objets. Trace pour chacun d’entre eux la trajectoire d’un point de l’objet (repéré par une croix de couleur sur l’animation). Indique le type de mouvement : rectiligne, circulaire ou curviligne c’est-à-dire ni rectiligne, ni circulaire. Objet en mouvement Trajectoire Type de mouvement Grande roue   Téléphérique rouge Téléphérique bleu Essuie-glace Circulaire Curviligne rectiligne circulaire

Chute d’une balle

Trajectoire d’un marteau

Tirs

Système terre lune

Mouvement de révolution de la terre autour du soleil

Pendule

Quille jongleur

Edumedia velo

Mouvement voiture

Mouvement retrograde

cycloide

Mouvement brownien

questionnaire

Mouvement boulet

A noter dans le cahier après l’exercice 2 et à retenir: Bilan : Pour faciliter l’étude du mouvement d’un objet, on le modélise souvent par un point (souvent le centre de gravité)   La trajectoire d’un objet est l’ensemble des positions occupées par un objet au cours du temps. Si la trajectoire est : - une ligne droite, on parle alors de trajectoire rectiligne. - un cercle, on parle alors de trajectoire circulaire. - une courbe quelconque, on parle de trajectoire curviligne. G G Centre de gravité Centre de gravité Découper et coller l’exercice 3 3/ Vitesse

Découper et coller l’exercice 3 3/ Vitesse 1/ Relier la vitesse d’un objet à sa valeur Objets   Vitesse Usaïn Bolt sur une distance de 100 m  110 km/h un marcheur 0,013 m/s le son dans l’air 340 m/s la station spatiale internationale ISS 1,7 m/s un guépard en sprint 300 000 km/s une voiture sur autoroute 10 m/s = 36 km/h un escargot 130 km/h la lumière 27 600 km/h 2/ Quelles sont les unités possibles pour exprimer une vitesse ? On peut utiliser les km/h et les m/s ou les km/s

v = 𝑑 𝑡 Comment passer des m/s aux km/h ? 1km = 1000 m 1 h = 3600 s A retenir et à noter dans le cahier après l’activité mesure de vitesse B/ Bilan La vitesse d’un objet est le rapport de la distance d parcourue et de la durée (temps) du parcours. Distance parcourue en mètre (m) Durée(temps) de parcours en seconde (s) v = 𝑑 𝑡 Vitesse en mètres par seconde (m/s) ou en kilomètres (km) Ou En kilomètres par Heure (km/h) ou en heure (h) Comment passer des m/s aux km/h ? 1km = 1000 m 1 h = 3600 s 1m/s = 3600 m/h = 0,001 x 3600 km/h = 3,6 km/h X 3,6

A retenir et à noter dans le cahier après l’exo 3: La valeur de la vitesse d’un objet est le quotient de la distance d parcourue et de la durée (temps) du parcours. Distance parcourue en mètre (m) Durée(temps) de parcours en seconde (s) v = 𝑑 𝑡 Vitesse en mètres par seconde (m/s) OU Distance parcourue en kilomètre (km) Durée(temps) de parcours en heure (h) v = 𝑑 𝑡 Vitesse en kilomètre par heure (km/h) Comment passer d’une unité à une autre ? 1km = 1000 m 1 h = 3600 s 1m/s = 0,001 km/s = 0,001 x 3600 km/h = 3,6 km/h X 3,6

Comment passer d’une unité à une autre ? 1km = 1000 m 1 h = 3600 s 1m/s = 3600 m/h = 0,001 x 3600 km/h = 3,6 km/h Pour passer d’une formule à une autre : X 3,6 d = v x t v = 𝑑 𝑡 t = 𝑑 𝑣 d = v x t Il ne faut en retenir qu’UNE ou retrouver la formule à l’aide des unités Remarque: Il y a une différence entre vitesse moyenne et vitesse instantanée

4/ Les différents types de mouvements Van Niekerk a couru le 400 m en 43,03 s à Rio en 2016. Quelle était la valeur de sa vitesse moyenne en m/s ? et en km/h. v=d/t = 400/43,03=9,30 m/s =33,47 km/h Le record du monde du 1500 m est détenu par El Guerrouj. Il l’a couru à 7,28 m/s de moyenne. Quel est le temps du record du monde ? t=d/v = 1500/7,28= 206 s= 3min 26 s Une personne marche à 6 km/h pendant 3h30. Quelle distance parcourt-elle ? d= v x t = 6 x 3,5 = 21 km d = v x t v = 𝑑 𝑡 t = 𝑑 𝑣 4/ Les différents types de mouvements

vitesse moyenne = vitesse instantanée SI t est petit. Remarque : On fera une distinction entre vitesse moyenne  et vitesse « instantanée »  La vitesse moyenne est le quotient de la distance d sur la durée totale t de la course, c’est-à-dire une grande durée  La vitesse instantanée est le quotient de la distance d sur la durée t très courte, pendant la course. Elle permet de connaitre l’évolution de la vitesse d’Usain Bolt pendant son 100 m. vitesse moyenne = vitesse instantanée SI t est petit.

Découper et coller les exercices 4 et 5 4/ Les différents types de mouvements Découper et coller les exercices 4 et 5 Exercice 4 : On représente par un point la position d’une voiture à intervalle de temps régulier (par exemple toutes les 5 s). 3/ Indique, en justifiant ton raisonnement, sur le schéma si le mouvement représenté est ► Accéléré ► uniforme ► ralenti Mouvement uniforme car l’écart entre 2 points reste identique Mouvement accéléré car l’écart entre 2 points augmente Mouvement ralenti car l’écart entre 2 points diminue

Accéléré car vitesse augmente Uniforme car vitesse constante 4/ On a relevé les valeurs de vitesse d’un objet toutes les 10 secondes. Les mesures sont présentées dans les tableaux ci-dessous. Indique pour chaque tableau s’il représente un mouvement accéléré, uniforme (vitesse constante) ou ralenti. t (s) 10 20 30 40 v (m/s) 25 t (s) 10 20 30 40 v (m/s) 25 15 5 t (s) 10 20 30 40 v(m/s) 25 Accéléré car vitesse augmente Uniforme car vitesse constante Ralenti car vitesse diminue 5/ Le graphique ci-dessous représente l’évolution de la vitesse d’une voiture en fonction du temps. Complète le tableau Laps de temps Vitesse : Augmente ↑ ? Diminue ↓ ? Reste la même = ? Mouvement : Accéléré ? Ralenti ? Uniforme ? Entre 0 et 25 s  V ↑ accéléré Entre 25 s et 45 s ? V = Uniforme Entre 45 et 75 s ? V ↓ ralenti

6/ Le professeur de sport se demande si tous les élèves de sa classe courent à la même vitesse sur une distance de 200 m. Imaginez un protocole (les étapes d’une expérience à réaliser) pour répondre à sa question. Protocole : on mesure la durée mise par un élève pour parcourir la distance de 200 m. Par exemple : 1 min 04 s On en déduit la vitesse en m/s : V=d/t=200/64,0=3,13 m/s = 11,25 km/h 200 m

Si la valeur de la vitesse augmente, le mouvement est accéléré A retenir et à copier en dessous de l’exercice 5 Anim Si la valeur de la vitesse augmente, le mouvement est accéléré Si la valeur de la vitesse reste identique, le mouvement est uniforme. Si la valeur de la vitesse diminue, le mouvement est ralenti (décéléré) Les images ci-dessus sont des chronophotographies

Une chronophotographie est une superposition de photos d’un objet prises à intervalles de temps réguliers. Elle donne rapidement une idée de la trajectoire et de la vitesse de l’objet. Si la distance entre deux points identiques augmente, le mouvement est accéléré

curviligne circulaire Rectiligne ralenti accéléré accéléré accéléré   Chronophotographie n°1 Chronophotographie n°2 Chronophotographie n°3 Etude Centre de la boule Centre de la boule Bout du club de Golf Mouvement rectiligne ? Circulaire ? Curviligne ? Mouvement ………………… Mouvement…………………… Mouvement ………………… Mouvement uniforme ? Accéléré ? Ralenti ? mouvement ……………….. Mouvement ……………. pendant la montée, puis ………………. pendant la descente. Mouvement …………….. puis ………………….. curviligne circulaire Rectiligne ralenti accéléré accéléré accéléré ralenti

Centre de la boule Centre de la boule Bout du club de Golf   Chronophotographie n°1 Chronophotographie n°2 Chronophotographie n°3 Etude Centre de la boule Centre de la boule Bout du club de Golf Mouvement rectiligne ? Circulaire ? Curviligne ? (référentiel caméra) Mouvement rectiligne (trajectoire =droite. Mouvement curviligne (trajectoire =courbe) Mouvement circulaire (trajectoire =cercle) Mouvement uniforme  ou pas ? Accéléré ? Ralenti ? Le mouvement est accéléré car la distance augmente Le mouvement est ralenti pendant la montée, puis accéléré pendant la descente Le Mouvement est globalement accéléré car la distance augmente

Une origine (point d’application) 5/ LE VECTEUR VITESSE La vitesse est en fait représentée par une flèche (vecteur) de longueur variable et possède : Une origine (point d’application) Un point où l’on souhaite mesurer la vitesse Sa direction : La droite tangente à la trajectoire au point M. Son sens : Celui du mouvement Sa valeur : la valeur de la vitesse au point considéré.

Mouvement des planètes

Construction vecteur vitesse

pendule

Echelle : 1 cm = 0,05 m/s Durée entre 2 points : 20 ms Méthode : Durée entre 2 points : 20 ms On se place entre les points 3 et 5. On mesure les distances d34 et d45 puis on les additionne : d35 = 0,5 + 0,5 = 1 cm = 0,01 m La durée mise par le corps pour accomplir la distance d35 est 2 x 20 ms = 40 ms = 0,040 s On calcule la valeur de la vitesse instantanée au point 4 : v4 = 0,01/0,040 ms = 0,25 m/s Comme une flèche de vitesse de 1 cm mesure 0,05 m/s, une flèche de 0,25 m/s mesure 5 cm

Voici 3 chronophotographies de balles. Echelle : 1 cm = 0,5 m/s Application : Voici 3 chronophotographies de balles. Echelle : 1 cm = 0,5 m/s Durée entre 2 points : 20 ms Représente par une flèche le vecteur vitesse de la balle aux points 2 – 4 des figures 1 ; 2 ; 3 Tu indiqueras ta démarche (calculs, tracés…) v2 = 0,042/0,04 = 1,05 m/s = v4

v2 = 0,025/0,040 = 0,63 m/s v4 = 0,025/0,040 = 0,63 m/s

v2 = 0,027/0,040 = 0,68 m/s v4 = 0,026/0,040 = 0,65 m/s

2 mouvements sont identiques si les vecteurs vitesses sont IDENTIQUES A retenir Conclusion : Au cours d’un mouvement uniforme, la valeur de la vitesse peut rester la même (fig 1 et 2) mais la DIRECTION et le SENS de la vitesse peuvent changer (fig 2  mouvement circulaire). Le vecteur vitesse est en tout point tangent à la trajectoire, dans le sens du mouvement. 2 mouvements sont identiques si les vecteurs vitesses sont IDENTIQUES