Ces 2 photos nous font penser à la fable de la fontaine ...physikos.free.fr/file/0-6eme/6-chap6-mouvement... · La différence est la vitesse entre le lièvre et la tortue. La tortue

Tony Leparoux, professeur de physique-chimie

Chapitre 3 : Le mouvement

Cette chronophotographie permet de visualiser la trajectoire et les variations de vitesse du skieur cela décrit le mouvement.

Ces 2 photos nous font penser à la fable de la fontaine : » Le lièvre et la tortue ». La différence est la vitesse entre le lièvre et la tortue. La tortue a une vitesse constante mais faible alors que le lièvre a une vitesse variable et rapide.


1/ Décrire un mouvement

A/ Quelques mouvements vus sous des angles différents

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 :

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 :

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 :

Des arbres et des collines ?

Du train ? Du garçon ? De la balle ?

Ils se déplacent horizontalement

Immobile 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

sur un tapis roulant

Comment une personne voit-elle le mouvement d’autres personnes ? Complète le tableau.

Voit A B C D

A Immobile Avancer Avancer Avancer plus rapidement

B reculer immobile immobile avancer

C reculer immobile immobile avancer

D Reculer plus rapidement

reculer reculer immobile

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…


o global du sauteur ?immobile

o Des arbres ? ils bougent

Bobsleigh Cas n°1 : La caméra est sur le bord de piste. Que peut-on dire du mouvement…

o des spectateurs ? immobile o du bobsleigh ?il bouge

Cas n°2 : La caméra est embarquée sur le bobsleigh. Que peut-on dire du mouvement…

o du bobsleigh ?immobile

o des spectateurs ?ils bougent

En « Athlétisme » Cas n°1 : La caméra est sur le bord de piste. Que peut-on dire du mouvement…

o des coureurs ?ils bougent o des spectateurs ?.immobile

Cas n°2 : La caméra est sur un chariot roulant. Que peut-on dire du mouvement…

o des coureurs ?.immobile

o des spectateurs ?ils bougent

Bilan : Le mouvement d’un objet dépend de l’observateur (référentiel) : Il peut être décrit de manière différente selon l’observateur. Le mouvement est caractérisé par : sa trajectoire et sa vitesse.

B/ Que dit Galilée ? Dans le « Dialogue sur les deux plus grands systèmes du monde » écrit par Galilée en 1632, l’auteur fait parler deux personnages (Simplicio et Salviati) autour d’une expérience.

Cette expérience correspond à la chute d’une pierre lâchée en haut d’un mât d’un navire qui avance en ligne droite à vitesse constante Pour Simplicio, la pierre tombera à l’arrière du bateau et pour Salviati la pierre tombera au pied du mât.

Propose une expérience pour montrer qui a raison. Expérience 1 : un élève avance en marchant et lâche une balle verticalement. La balle tombe à ses pieds. Vidéo filmée. Expérience 2 : Balle lâchée d’un vélo.

Trajectoire du vélo vue du caméraman

Trajectoire de la balle vue du caméraman

Trajectoire de la balle dans le référentiel du vélo

Il avance horizontalement trajectoire rectiligne

Trajectoire courbe (curviligne)

Trajectoire rectiligne (verticale)



2/ Trajectoire

A/ Activité 1 : Qu’est-ce qu’une trajectoire ?

Doc. n°1 : Dans la mythologie grecque Le Minotaure est une divinité de la mythologie grecque, mi-homme, mi-taureau. Il était enfermé dans un labyrinthe dont nul ne pouvait s'échapper. Tous les neuf ans, sept jeunes filles est sept jeunes hommes étaient conduits à l'intérieur du labyrinthe pour y servir de repas au Minotaure. Un jeune homme, nommé Thésée, offrit de partir avec les victimes. Il espérait pouvoir anéantir le monstre. La princesse Ariane lui offrit une pelote de fil pour l'aider dans son entreprise. À l'intérieur du labyrinthe, Thésée accrocha le fil d'Ariane à une extrémité de la porte puis il le déroula au fur à mesure qu'il avançait. Il se guidait au son des râles du monstre … Il s'approcha bientôt de la chambre de Minotaure, qu’il trouva endormi et tua.

Doc. n°2 : Dans un conte pour enfants Le Petit Poucet et un conte de Charles Perrault dans lequel un couple de bûcheron très pauvre décide d'abandonner ses 7 enfants dans la forêt pour ne pas les voir mourir de faim. Le plus jeune, nommé le Petit Poucet du fait de sa petite taille, était cependant très malin. Comme il avait entendu le projet de ses parents, il remplit ses poches de petits cailloux blancs qu'il sema régulièrement sur le trajet dans la forêt pour retrouver son chemin une fois abandonné.

Doc. n°3 : Descente d’un snowboardeur

Doc. n°4 : Circuit de voitures électriques

1/ Pour chaque document, à l’aide d’un tableau, répondre à ces 2 questions :

- Qui est en mouvement ?

- Comment est matérialisée la trajectoire ?

Qui est en mouvement ?

Comment est matérialisée la trajectoire ?

Doc. 1 Un jeune homme, nommé Thésée

Par le fil de la pelote de laine qui se déroule dans le labyrinthe

Doc. 2

Le jeune enfant, nommé le Petit Poucet

Par les petits cailloux blancs semés régulièrement dans la forêt

Doc. 3

Le snowboardeur

Par les traces laissées dans la neige

Doc. 4

Les voitures électriques

Par les rails du circuit


2. Voici 2 labyrinthes, tracer au crayon de papier dans chaque cas la trajectoire la plus courte.

3. Donner par une phrase une définition la plus précise possible du mot trajectoire. Une trajectoire est une ligne qui décrit le mouvement de l’objet au cours du temps et de son déplacement.

Bilan : La trajectoire d’un objet est la ligne décrite par un objet au cours du temps dans son

déplacement.

B/ Activité 2 / TP : Trajectoires dans la vie de tous les jours Compléter ce tableau avec ces adjectifs qualifiant des trajectoires : cycloïdale – rectiligne – quelconque – circulaire

Forme de la trajectoire Ligne droite Cercle Cycloïde Sans forme particulière

Nom de la trajectoire

► En athlétisme 1/Repère le départ du 100 m et du 200m. Quelle est la trajectoire…

D’un coureur de 100 m vu par quelqu’un au dessus du stade ?

D’un coureur de 200 m vu par quelqu’un au dessus du stade ?

rectiligne

Circulaire dans le virage Puis Rectiligne dans la ligne droite.


► En cyclisme

2/ Compléter le tableau avec les mots suivants : route – valve du pneu – axe de la roue

Forme de la trajectoire Ligne droite Cercle Cycloïde

Objet de référence route axe de la roue route

Objet en mouvement axe de la roue valve du pneu valve du pneu

3/Expérience : Avec le matériel situé autour de toi, propose puis réalise deux expériences permettant d’illustrer

Un mouvement rectiligne :

Un mouvement circulaire :

Matériel pour faire un pendule (masselote, support, fil) + balle de tennis+ matériel de leur trousse 4/Indique la nature de la trajectoire de chaque objet en dessous de chaque image. Nacelle d’une grande roue par rapport

au sol Essuie-glace par rapport du

conducteur Une barrière automatique par

rapport à la route

circulaire

circulaire

circulaire

Des avionneurs par rapport au bord du lac

Un marteau par rapport au sol Des nageurs par rapport au bord de

la piscine

Rectiligne

circulaire

Rectiligne

Le slalom d’un skieur vu d’un hélicoptère en vol stationnaire

Un joueur de football filmé lors

d’un match

Un chewing-gum collé sur le pneu d’un vélo par rapport à la route

Quelconque (curviligne)

Quelconque (curviligne)

cycloïdale


J’ai planté des drapeaux tous les 50

cm. Et je chronomètre la tortue

pour savoir combien de temps il lui

faut entre les drapeaux. Les images

réprésentent la tortue, 5 instants

différents.

La Lune par rapport à la Terre

La Terre par rapport au Soleil

Une particule de fumée dans l’air

Circulaire pour la lune

Circulaire (elliptique)

Quelconque

Bilan : Si la trajectoire est :

- une ligne droite, on parle alors de trajectoire rectiligne

- un cercle, on parle alors de trajectoire circulaire

3/ Vitesse

A/ Mouvement uniforme

Document 1 :

Document 2 : Comment calculer la vitesse ? La vitesse d’un objet est le rapport de la distance d parcourue et de la durée (temps) du parcours. Autrement dit, c’est la distance que parcourt un objet par unité de temps.

Le choix des unités est très important : On peut choisir de l’exprimer en m/s ou cm/s ou …

km/h

Distance parcourue en

mètre (m)

Durée(temps) de

parcours en seconde

(s)

v =Distance parcouruedurée du parcours

= dt

Vitesse en mètre par

seconde (m/s)

Distance parcourue en

kilomètre (km)

Durée(temps) de

parcours en heure (h)


= dt

Vitesse en kilomètre par

heure (km/h)


Exemple : un voiture parcourt une distance de 180 km en 2h par rapport au sol. Quelle est sa vitesse en km/h ?


= dt =

1802

= 90 km/h

Document 3 : 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 Travail à faire : 1/ Calcule la vitesse de la tortue dans une unité de vitesse adaptée. 2/ Parmi les objets de la liste ci-dessous ; indique ceux qui vont te permettre de mesurer la vitesse

3/ Propose une expérience pour mesurer la vitesse d’un élève cycliste ou d’un élève qui marche dans la classe. Puis calcule la vitesse.

4/ Représente, sur le graphique, l’évolution de la vitesse du marcheur ou cycliste.

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 temps (s) s (s)'

0

1

2

3

4

5

6

7

vitesse (m/s)


Je fais une chronophotographie du

lièvre : je prends 10 images par

seconde avec mon appareil photo

puis je superpose les images. Entre

chaque position du lièvre, il s’est

écoulé la même durée : 1/10eme de

seconde.

Bilan : Si un objet se déplace à vitesse constante, alors son mouvement est uniforme.

B/ Mouvements non uniformes

Document 1 : le lièvre ralentit pour se reposer. On parle de mouvement ralenti ou décéléré

Document 2 : le lièvre accélère pour se rattraper la tortue. On parle de mouvement accéléré

Travail à faire : 1/ A l’aide du document 1, calcule les vitesses du lièvre sur les différents trajets (en m/s) . Ecris une phrase pour justifier que lièvre ralentit par rapport à la route.

Trajet FG GH HI IJ

Vitesse en m/s 20 15 12 10

Travail collectif Le lièvre ralentit car sa vitesse diminue. Le mouvement du lièvre est ralenti par rapport à la route. 2/ Sur le document 2, calcule les vitesses du lièvre sur les différents trajets (en m/s) Ecris une phrase pour justifier que lièvre accélère par rapport à la route.

Trajet KL LM MN NO

Vitesse en m/s 10 12 15 20

Le lièvre accélère car sa vitesse augmente. Le mouvement du lièvre est accéléré par rapport à la route. 4/ Propose une expérience permettant d’illustrer un mouvement accéléré et un mouvement ralenti. Mouvement ralenti : balle lancée qui s’arrête Mouvement accéléré : balle qui tombe, balle immobile que l’on pousse.


C/ Applications

►Le téléphérique De quel type de mouvement s’agit-il ? Sur quelle chronophotographie le téléphérique est-il le plus

rapide ? Mouvement rectiligne et uniforme. Téléphérique lent Mouvement rectiligne et uniforme. Téléphérique plus rapide

►En athlétisme : (vidéo les extraordinaires pouvoirs du corps humain)


1/ Sur ce graphique, indique la vitesse maximale d’usain Bolt lors de ce 100 m ? 44,7 km/h 2/ Quelle est la trajectoire d’Usain Bolt sur ce 100 m ? Rectiligne 3/ Il y a trois type de mouvements dans la course d’Usain Bolt. Utilise des couleurs différentes pour les délimiter et qualifie-les. Phase 1 : entre 0 et 60m mouvement accéléré Phase 2 : Entre 60 et 80 m : mouvement uniforme Phase 3 : Entre 80 et 100 m : Mouvement décéléré. Usain Bolt décélère car il commence à fatiguer

►Chronophotographie de la chute d’une balle : 1/ Comment qualifies-tu la trajectoire de la balle ? Rectiligne 2/ Comment qualifies-tu le mouvement de la balle au départ ? Accéléré 3/ Comment qualifies-tu le mouvement à la fin ? Pourquoi ce changement d’après toi ? Uniforme car elle ralentit à cause des frottements de l’air 4/ Quelle courbe représente la bonne évolution de la vitesse de la balle ? graphique 2


►Mouvement d’un scooter

1/ Comment qualifies-tu la trajectoire du scooter ? rectiligne 2/ Pour chaque cas, qualifie le mouvement du scooter. 1 : accéléré 2 : ralenti 3 : uniforme

►Calcul de vitesse de scooter

1/ Sachant que les photos ont été prises chaque seconde, calcule la vitesse du scooter en m/s et en km/h


= dt =

14014

= 10 m/s = 36 km/h


►Le saut de Félix Baumgartner En 2012, Félix Baumgartner a sauté d’un très haute altitude. On dit de Félix qu’il a dépassé le mur du son. Ci-dessous les courbes d’évolution de la vitesse et de l’altitude au cours du temps.

1/ Quelle est la vitesse maximale atteinte par Félix ? Convertis cette vitesse en km/h. Environ 380 m/s, soir 1368 km/h. 2/ Sachant que le mur du son est dépassé quand la vitesse d’un objet dépasse 340 m/s, peut-on dire que Félix l’a dépassé ? Oui. 2/ A quelle altitude a-t-il sauté ? 38 000 m 3/ Entre 0 et 50s, le mouvement est-il uniforme, ralenti ou accéléré ? Accéléré à cause de la gravitation 4/ Entre 50 et 100 s, le mouvement est-il uniforme, ralenti ou accéléré ? Décéléré à cause des frottements de l’air.

►Dans le système Solaire Les planètes effectuent des révolutions autour du soleil. Leur vitesses moyennes de déplacement sont indiquées ci-dessous.

Planète Jupiter Mars Saturne Mercure Terre Uranus Vénus Neptune

Vitesse (km/h)

47 160 86 760 34 560 172 440 107 280 24 480 126 000 19 440

1/ Les valeurs des vitesses te paraissent-elles grandes ou petites par rapport à la vitesse d’une voiture ? Très grandes. Si la vitesse d’une voiture est de 90 km/h, alors la vitesse de la Terre est plus de 1000 fois plus grande. 2/ Classe ces planètes de la vitesse la plus grande à la plus petite. Mercure Vénus Terre Mars Jupiter Saturne Uranus Neptune Mon Vaisseau Te Mènera Jusque Sur Une Nouvelle (Planète) 3/ Que constates-tu ? C’est l’ordre des planètes de la plus proche à la plus éloignée.


Bilan : si un objet se déplace à vitesse constante, alors son mouvement est uniforme. Si la vitesse augmente, le mouvement est accéléré. Si la vitesse diminue, le mouvement est décéléré ou ralenti. La vitesse est la distance parcourue par un objet pendant une certaine durée. Le choix des unités est important.


= dt

Pour que deux objets aient un mouvement identiques, il faut qu’ils aient même vitesse et même trajectoire.

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