Physique-Chimie — Mouvement et interactions
Décrire un mouvement
Trajectoire, vitesse, référentiel, relativité du mouvement
Résumé synthétiqueFiche en 4 sectionsQuiz de 10 questionsGratuit, sans pub
Résumé
« Bouge-t-il ? » La question n'a pas de réponse tant qu'on n'a pas précisé **par rapport à quoi**. Décrire un mouvement commence toujours par choisir un **référentiel** : un solide de référence muni d'un repère et d'une horloge. Un passager assis est **immobile** dans le train mais **file** à $300\ \mathrm{km/h}$ pour un observateur au sol : c'est la **relativité du mouvement**. Une fois le référentiel fixé, on étudie la **trajectoire** (l'ensemble des positions successives — rectiligne, circulaire ou curviligne) et la **vitesse**. La vitesse moyenne se calcule par $v = \dfrac{d}{\Delta t}$, en $\mathrm{m/s}$ (avec $1\ \mathrm{m/s} = 3{,}6\ \mathrm{km/h}$). Enfin, on qualifie le mouvement : **uniforme** si la vitesse reste constante, **accéléré** si elle augmente, **décéléré** si elle diminue.
Le mouvement n'existe pas « en soi » : il se décrit toujours **par rapport à un objet de référence**. Ce solide de référence, muni d'un repère d'espace (pour situer) et d'une horloge (pour dater), s'appelle le **référentiel**. Changer de référentiel change la description : c'est la **relativité du mouvement**.
- Un **référentiel** est un solide de référence muni d'un **repère d'espace** et d'une **horloge**.
- **Référentiel terrestre :** lié au sol, adapté aux mouvements de la vie quotidienne (voiture, marcheur).
- **Référentiel géocentrique :** centré sur la Terre, axes pointés vers des étoiles lointaines ; adapté aux **satellites** et à la Lune.
- **Référentiel héliocentrique :** centré sur le Soleil ; adapté au mouvement des **planètes**.
- **Relativité :** un même corps peut être immobile dans un référentiel et en mouvement dans un autre.
Exemple
Une passagère assise dans un TGV qui roule. Dans le référentiel **du train**, elle est immobile (sa place ne bouge pas). Dans le référentiel **terrestre**, elle se déplace avec le train à $300\ \mathrm{km/h}$. Les deux descriptions sont correctes : tout dépend du référentiel.
Piège à éviter
« Être en mouvement » n'a aucun sens sans préciser le référentiel. Avant toute description, pose-toi la question : **par rapport à quoi ?**
Une fois le référentiel choisi, on peut suivre le **point étudié** au fil du temps. L'ensemble des positions qu'il occupe successivement dessine sa **trajectoire**. Sa forme permet de classer le mouvement, et — comme tout le reste — elle dépend du référentiel.
- **Trajectoire :** ensemble des positions successives occupées par le point au cours du temps, dans le référentiel choisi.
- **Rectiligne :** le mobile se déplace en **ligne droite** (chute libre verticale).
- **Circulaire :** le mobile décrit un **cercle** (extrémité d'une aiguille de montre).
- **Curviligne :** le mobile décrit une **courbe quelconque** (ballon lancé en cloche).
- La trajectoire **dépend du référentiel** : la valve d'une roue de vélo décrit un cercle pour le cycliste, mais une courbe ondulée pour un piéton.
Exemple
Sur une chronophotographie, on prend une photo toutes les $\Delta t = 0{,}1\ \mathrm{s}$. Si les points obtenus sont **alignés**, la trajectoire est rectiligne ; s'ils suivent un cercle, elle est circulaire. La forme du tracé donne directement la nature de la trajectoire.
Piège à éviter
Trajectoire et référentiel sont indissociables : un même point peut tracer une droite dans un référentiel et une courbe dans un autre. Une trajectoire « rectiligne » ne l'est que dans un référentiel précis.
La **vitesse** mesure la rapidité du déplacement : quelle distance parcourue en combien de temps. On distingue la vitesse **moyenne**, calculée sur tout un trajet, et la vitesse **instantanée**, celle d'un instant précis lue sur le compteur.
- **Vitesse moyenne :** $v = \dfrac{d}{\Delta t}$, avec $d$ la distance parcourue (en $\mathrm{m}$) et $\Delta t$ la durée (en $\mathrm{s}$).
- **Unité SI :** le mètre par seconde, $\mathrm{m/s}$.
- **Conversion :** $1\ \mathrm{m/s} = 3{,}6\ \mathrm{km/h}$ ; on **multiplie par $3{,}6$** pour passer des $\mathrm{m/s}$ aux $\mathrm{km/h}$, on **divise par $3{,}6$** dans l'autre sens.
- **Vitesse instantanée :** vitesse à un instant donné, approchée par $v \approx \dfrac{d}{\Delta t}$ sur un intervalle **très court**.
- Sur une chronophotographie, on estime $v$ en mesurant la distance entre deux positions voisines divisée par $\Delta t$.
Exemple
Un coureur parcourt $d = 100\ \mathrm{m}$ en $\Delta t = 12{,}5\ \mathrm{s}$. Sa vitesse moyenne : $v = \dfrac{100}{12{,}5} = 8\ \mathrm{m/s}$. En $\mathrm{km/h}$ : $8 \times 3{,}6 = 28{,}8\ \mathrm{km/h}$.
Piège à éviter
Avant d'appliquer $v = \dfrac{d}{\Delta t}$, vérifie les **unités** : $d$ en mètres et $\Delta t$ en secondes donnent des $\mathrm{m/s}$. Mélanger des $\mathrm{km}$ et des secondes (ou des heures et des mètres) fausse tout le résultat.
En combinant la **forme** de la trajectoire et l'**évolution** de la vitesse, on qualifie complètement un mouvement. Sur une chronophotographie à intervalles de temps égaux, l'espacement des positions trahit immédiatement comment varie la vitesse.
- **Uniforme :** la vitesse reste **constante** ; les positions sont **régulièrement espacées**.
- **Accéléré :** la vitesse **augmente** ; les positions sont de plus en plus **espacées**.
- **Décéléré** (ralenti) : la vitesse **diminue** ; les positions sont de plus en plus **rapprochées**.
- On combine forme et vitesse : un **mouvement rectiligne uniforme** est une trajectoire droite **et** une vitesse constante.
- Attention : un mouvement **circulaire uniforme** garde une vitesse constante en valeur, même si sa direction change sans cesse.
Exemple
Une bille lâchée tombe : ses positions s'écartent de plus en plus à chaque $\Delta t$ égal $\Rightarrow$ mouvement **accéléré**. Une voiture qui freine : ses positions se resserrent $\Rightarrow$ mouvement **décéléré**, jusqu'à l'arrêt.
Piège à éviter
« Uniforme » signifie **vitesse constante**, pas « en ligne droite ». Un mouvement peut être circulaire **et** uniforme (la valeur de la vitesse ne change pas, seule sa direction tourne).
Quiz - Décrire un mouvement
10 questions
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Notions clés — Physique-Chimie
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Questions fréquentes
Les points clés à retenir sur Décrire un mouvement, extraits du quiz de révision.
La description d'un mouvement dépend :
Réponse :
Du référentiel choisi
Le mouvement est **relatif** : sa description dépend du référentiel dans lequel on l'observe. Un même corps peut être immobile dans un référentiel et en mouvement dans un autre.
La vitesse moyenne se calcule par :
Réponse :
$v = \dfrac{d}{\Delta t}$
$v = \dfrac{d}{\Delta t}$ : la distance parcourue divisée par la durée du parcours. Avec $d$ en mètres et $\Delta t$ en secondes, $v$ est en $\mathrm{m/s}$.
Un mouvement rectiligne uniforme signifie :
Réponse :
Trajectoire droite et vitesse constante
**Rectiligne** = trajectoire en ligne droite ; **uniforme** = vitesse constante. Les deux conditions doivent être réunies.
$1\ \mathrm{m/s}$ correspond à :
Réponse :
$3{,}6\ \mathrm{km/h}$
$1\ \mathrm{m/s} = 3{,}6\ \mathrm{km/h}$. On multiplie par $3{,}6$ pour convertir des $\mathrm{m/s}$ en $\mathrm{km/h}$ (et on divise par $3{,}6$ dans l'autre sens).