Mouvement et vitesse
Décrire et calculer le déplacement des objets
Imagine que tu regardes une voiture de course sur un circuit, un oiseau qui vole dans le ciel ou même toi-même en train de courir dans la cour. Tous ces objets sont en mouvement ! Dans ce chapitre, tu vas apprendre à décrire précisément ce mouvement. Tu vas comprendre ce qu'est une trajectoire et surtout, tu vas découvrir comment calculer la vitesse, cette grandeur qui te dit si un objet va vite ou lentement. C'est passionnant et très utile pour comprendre le monde qui t'entoure !
Objectifs du chapitre
- Définir ce qu'est le mouvement d'un objet
- Distinguer et décrire différents types de trajectoires
- Comprendre et utiliser la formule de la vitesse moyenne
- Convertir des unités de vitesse (m/s et km/h)
Le cours
1. Qu'est-ce que le mouvement ?
Un objet est en mouvement si sa position change par rapport à un autre objet que l'on choisit comme référence. Cette référence s'appelle un référentiel. C'est un point de vue pour observer le mouvement. Par exemple, pour toi dans un train, le livre posé sur la table n'est pas en mouvement. Mais pour une personne qui regarde le train passer depuis le quai, ce même livre se déplace à la vitesse du train. Le mouvement dépend donc toujours du point de vue que l'on adopte.
Exemple
Pense à un passager assis dans un bus. Par rapport au bus (référentiel bus), il est immobile. Par rapport à un arbre sur le bord de la route (référentiel terrestre), il est en mouvement.
Formule
Pas de formule ici, mais une définition clé : Mouvement = Changement de position par rapport à un référentiel.
Astuce
Pour bien comprendre, pense à une scène de film : la caméra est le référentiel. Si l'acteur bouge dans le cadre, il est en mouvement par rapport à la caméra.
2. La trajectoire : le chemin suivi
La trajectoire est l'ensemble des positions successives occupées par un objet en mouvement. C'est le 'chemin' qu'il suit. On peut observer différents types de trajectoires. Une trajectoire rectiligne forme une ligne droite, comme une voiture sur une route droite. Une trajectoire circulaire forme un cercle, comme une nacelle de grande roue. Une trajectoire curviligne est une courbe qui n'est ni droite ni un cercle parfait, comme la balle d'un joueur de tennis lors d'un lob.
Exemple
La trace laissée dans le ciel par un avion à réaction (la trainée de condensation) nous montre sa trajectoire rectiligne. La trace d'un feutre sur une feuille quand tu dessines un cercle représente une trajectoire circulaire.
Astuce
Associe chaque type à un geste : rectiligne = bras tendu droit devant ; circulaire = faire un grand cercle avec le doigt ; curviligne = dessiner un 'S' dans l'air.
3. La vitesse moyenne : le calcul
La vitesse nous renseigne sur la rapidité d'un mouvement. Plus précisément, la vitesse moyenne nous indique la distance parcourue en moyenne pendant une unité de temps (par exemple, en une seconde ou en une heure). Pour la calculer, on divise la distance totale parcourue par la durée du parcours. C'est une moyenne, car la vitesse réelle peut avoir varié pendant le trajet (ralentissements, accélérations).
Exemple
Si tu fais du vélo et que tu parcours 12 kilomètres en 40 minutes, ta vitesse moyenne n'est pas évidente à deviner. Il faut la calculer !
Formule
v = d / t. Où 'v' est la vitesse (en m/s ou km/h), 'd' la distance parcourue (en m ou km) et 't' la durée du parcours (en s ou h).
Astuce
Retiens la phrase : 'Vitesse = Distance divisée par Temps'. Pour te souvenir de l'ordre, pense à l'initiale V, D, T comme 'Vite, on Divise par le Temps !'
4. Les unités de vitesse et les conversions
La vitesse peut s'exprimer avec différentes unités. Les deux principales sont le mètre par seconde (m/s) et le kilomètre par heure (km/h). Le m/s est souvent utilisé en sciences, tandis que le km/h est utilisé dans la vie quotidienne (panneaux de signalisation, compteur de voiture). Il est très important de savoir convertir une vitesse d'une unité à l'autre. Pour cela, il faut se rappeler des relations entre les mètres, les kilomètres, les secondes et les heures.
Exemple
Un sprinteur très rapide court à environ 10 m/s. Est-il plus rapide qu'une voiture en ville limitée à 50 km/h ? Pour comparer, il faut les mettre dans la même unité.
Formule
Pour convertir : 1 km/h = 1000 m / 3600 s ≈ 0,28 m/s. Inversement, 1 m/s = 0,001 km / (1/3600 h) = 3,6 km/h. La formule magique est : Vitesse en km/h = Vitesse en m/s × 3,6.
Astuce
Retiens le coefficient 3,6 pour passer des m/s aux km/h. Pour passer des km/h aux m/s, tu divises par 3,6. Pense au compteur de voiture : 36 km/h, c'est 10 m/s (car 36 ÷ 3,6 = 10).
Notions clés à retenir
Mouvement
Changement de la position d'un objet au cours du temps par rapport à un référentiel.
Référentiel
Objet ou ensemble d'objets par rapport auquel on étudie le mouvement.
Trajectoire
Ensemble des positions successives occupées par un objet en mouvement. C'est le chemin qu'il suit.
Vitesse moyenne
Rapport entre la distance parcourue et la durée du parcours. Elle s'exprime en mètre par seconde (m/s) ou kilomètre par heure (km/h).
Erreurs à éviter
- ✗Oublier de préciser le référentiel quand on dit qu'un objet est en mouvement. Ex: Dire 'la Lune bouge' n'est pas précis. Il faut dire 'la Lune est en mouvement par rapport à la Terre'.
- ✗Confondre distance et déplacement. La distance est la longueur du chemin parcouru (comme sur le compteur d'une voiture). Le déplacement est la distance la plus courte entre le point de départ et le point d'arrivée (en ligne droite). Pour la vitesse moyenne, on utilise la distance parcourue.
- ✗Mélanger les unités dans le calcul de la vitesse. Ex: Diviser une distance en kilomètres par un temps en secondes donne une vitesse en... ? C'est incohérent ! Il faut toujours convertir pour avoir des unités compatibles (km et h, ou m et s).
Types d'exercices
Identifier le référentiel
Dans une situation décrite (ex: un nageur dans une piscine), identifier par rapport à quoi le mouvement est étudié.
Décrire une trajectoire
À partir d'un schéma ou d'une description (ex: la chute d'une goutte de pluie), dire si la trajectoire est rectiligne, circulaire ou curviligne.
Calcul de vitesse moyenne
Application directe de la formule v = d/t avec des données numériques simples. Ex: Un train parcourt 150 km en 1h15min. Calculer sa vitesse moyenne en km/h.
Conversion d'unités
Convertir une vitesse donnée en m/s en km/h, ou inversement. Ex: Exprimer 90 km/h en m/s.
Pour aller plus loin
- La vitesse instantanée : la vitesse à un instant précis (celle que lit le compteur d'une voiture), différente de la moyenne.
- Les mouvements accélérés et ralentis : quand la vitesse change au cours du temps.
- Les mouvements relatifs : comment décrire le mouvement d'un objet vu depuis un autre objet qui est lui-même en mouvement (ex: marcher dans un train).
