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.
Chronophotographie : à intervalles de temps égaux, l'espacement des positions révèle le type de mouvement — régulier (uniforme), croissant (accéléré) ou décroissant (décéléré).
- 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
S'entraîner
Ce thème dans une autre classe
Notions clés — Physique-Chimie
Articles utiles
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).