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Alban du Plessis Mouvement

Collège des Tilleuls – Annecy sur 9 Physique - Chimie

Séquence 7 : MOUVEMENT Niveau : 3ième

Objectifs :

- Savoir mesurer la vitesse instantanée d’un objet - Savoir-faire un diagramme objet-interactions - Comprendre les notions de base de la mécanique (forces, référentiel,

équilibre…) Compétences évaluées 3GC1 - Je comprends qu’une mesure est nécessairement entachée d’une erreur 3GSF4 - Je suis capable de faire des conversions d’unités 3GSF8 - Je suis capable d’utiliser une formule du type A = BxC 3GSF10 - Je suis capable de rédiger une réponse pour une question simple 3GSF11 - Je suis capable de rédiger une réponse pour une question complexe 3GSF12 - Je suis capable de rédiger un calcul 3GSF13 - Je suis capable de rédiger un compte-rendu 3GSF14 - Je suis capable de faire un schéma propre et clair 3MMC1 - Je sais définir un mouvement accéléré 3MMSF2 - Je suis capable de mesurer la vitesse instantanée d’un objet à partir d’un enregistrement 3MRC1 - Je comprends la notion de référentiel pour l’étude d’un mouvement 3MRC2 - Je comprends que le mouvement dépend du référentiel choisi 3MFC1 - Je connais les conditions pour qu’un objet soit en équilibre 3MFC2 - Je sais faire la différence entre une action de contact et une action à distance 3MFC3 - Je sais faire la différence entre une force s’appliquant sur une surface et une force s’appliquant sur un volume 3MFSF4 - Je suis capable de faire un diagramme objet – interactions 543SE5 - J’ai un comportement positif en cours Le cours Mouvement uniforme : Un corps a un mouvement uniforme si sa vitesse est constante dans le temps. Mouvement accéléré : Un corps a un mouvement accéléré si sa vitesse varie au cours du temps. Qu’est-ce qu’une force : Une force est une action capable de modifier la vitesse d’un objet. Force de contact ou de surface : Une force de contact ou force de surface est une force qui s’applique sur un point ou sur la surface d’un objet (exemples : une poussée, une pression, une traction…). Force volumique (à distance) : Une force volumique est une force qui s’exerce sur l’ensemble du volume d’un objet (exemples : la force de gravitation, l’action d’un aimant…) Interaction (contact et à distance) : On dit que deux corps sont en interaction si ces deux corps exercent mutuellement une action l’un sur l’autre.



Vitesse moyenne : La vitesse moyenne d’un objet est la distance parcourue par l’objet divisée par le temps mit par l’objet pour parcourir cette distance. Vitesse instantanée : La vitesse instantanée en un point de la trajectoire est une vitesse moyenne calculée sur un intervalle de temps aussi court que possible. Trajectoire : Ligne décrite par un corps en mouvement. Chronophotographie : Technique qui consiste à prendre une succession de photographies pour décomposer les phases d’un mouvement. Référentiel : Objet ou ensemble d’objets par rapport auquel on repère une position ou un mouvement. Chute d’une balle. On fait chuter une balle. Comment décrire le mouvement ? La vitesse augmente, c’est donc un mouvement accéléré. Comment connaître la vitesse de la balle ? On peut estimer la vitesse instantanée de la balle à l’aide d’une chronophotographie. On mesure la distance entre la position précédente et la position suivante et on divise par le temps séparant ces deux mesures. Voici une chronophotographie de la chute d’une balle, les différentes positions sont séparées par un intervalle de temps de 0,02 secondes. Titre : chronophotographie de la chute d’une balle



Remplir le tableau suivant et tracer l’évolution de la vitesse en fonction de la hauteur de chute. Position 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Hauteur de chute

0 0,2 0,8 1,8 3,1 4,9 7,1 9,6 12,6 15,9 19,6

Distance position -1 / +1

0 0,8 1,6 2,3 3,1 4 4,7 5,5 6,3 7 NA

Vitesse en cm/s

0 20 40 57,5 77,5 100 117,5 137,5 157,5 175 NA

Vitesse en m/s

0 0,2 0,4 0,575 0,775 1 1,175 1,375 1,575 1,75 NA

Titre : vitesse de la balle en fonction de la hauteur de chute Peut-on dire que la vitesse est proportionnelle à la hauteur de chute ? La courbe obtenue n’est pas une droite donc la vitesse n’est pas proportionnelle à la hauteur de la chute. Chute d’une balle dans un train. Jean Némard laisse tomber une balle dans un train qui roule à vitesse constante. Tara Tétontrin est sur le quai, elle observe la balle qui tombe. Qu’observe-t-elle ? Pour le savoir :

- numéroter les positions de la balle et du train de 1 à 15 - pour chaque position du train, reporter la position correspondante de la balle

(à la verticale) - relier les différentes positions obtenues pour avoir la trajectoire observée par

Tara.

1

Vitesse en m/s

Hauteur de chute en cm

10 0



Voir aussi la vidéo : https://www.youtube.com/watch?v=9brldWKEMVg Que peut-on en conclure ? La trajectoire observée n’est pas la même que l’on soit dans le train ou sur le quai. La trajectoire dépend du référentiel. Equilibre d’un corps. Prenons un objet, comment peut-on savoir s’il est en équilibre ? S’il ne bouge pas. Quelles sont les forces (nom, direction et sens) qui s’appliquent sur l’objet ?

- La force de gravitation exercée par la Terre, la direction est verticale et elle est dirigée vers le bas.

- La réaction de la table, la direction est verticale et elle est dirigée vers le haut. Que se passe-t-il si on supprime une de ces forces ? L’objet se met en mouvement (si on supprime la réaction de la table, il tombe). Que se passe-t-il si on applique une force supplémentaire à l’objet ? Il se met en mouvement.



Si on applique une autre force à l’objet, à quelles conditions celui-ci sera-t-il en équilibre ? On place un objet sur une table, on accroche un dynamomètre d’un coté et un autre de l’autre. On tire sur les dynamomètres, on trouve une position d’équilibre de l’objet (plus de mouvement).

Titre : objet en équilibre. On observe :

- les deux dynamomètres exercent des forces dans la même direction mais de sens opposé

- la valeur des forces exercées est la même (5 newtons par exemple) Conclusion : Un objet est en équilibre si la somme des forces qui s’exerce sur lui est nulle. Diagramme objet – interactions. Le diagramme objet – interactions permet de faire rapidement le bilan des actions mécaniques qui s’exercent sur un objet (ou système). Pour faire un diagramme objet – interactions, il faut :

- placer l’objet au centre du diagramme, dans un ovale - placer autour de cet objet, tous les systèmes en interaction avec l’objet, dans

des ovales également - tracer des double-flèches entre les systèmes et l’objet, en trait plein pour les

actions de contact et en trait pointillé pour les actions à distance. Voir également la vidéo : https://www.youtube.com/watch?v=yaowuhS6bCI

F1

F2



Exemple : le skieur sur le remonte-pente

Titre : skieur sur remonte-pente Diagramme objet-interactions associé : L’objet étudié est : Le skieur. Les systèmes en interaction avec l’objet sont : La Terre, le sol et la perche de la remontée mécanique. Les forces exercées sont : La force d’attraction exercée par la Terre (le poids), la réaction du sol et la traction exercée par la perche. Diagramme :

T

P

R

Skieur

Perche

Terre Sol



Entrainement Calculer la vitesse instantanée de la balle aux positions 1, 2 et 3. Titre : chronophotographie d’un lancé de balle, intervalle de temps : 0,03 s Echelle : 11,3 cm correspondent à 1 m donc 1 cm correspond à 0,09 m environ.

Position 1 2 3

Distance mesurée 2,5 cm 2 cm 2,9 cm

Distance réelle 0,225 m 0,18 m 0,261 m

Vitesse 3,75 m/s 3 m/s 4,35 m/s

Cycloïde : Voici la chronophotographie d’un point d’une roue de vélo prise dans le référentiel du vélo, représenter la trajectoire de ce point pour un observateur sur le bord.

1

3

2



Forces, équilibre et diagramme objet-interactions : Un lapin tire une charrette pleine de légumes. Faire :

- le bilan des forces s’exerçant sur la charrette en précisant le type de force (contact, volumique, …), la direction et le sens.

- représenter ces forces sur le dessin - faire le diagramme objet-interactions pour la charrette

Les forces sont :

- Le poids de la charrette (force de gravitation), direction verticale, sens, vers le bas. C’est une force à distance, volumique.

- La réaction du sol, direction verticale (si on néglige les frottements), sens, vers le haut. C’est une force de contact.

- La traction exercée par le lapin, direction parallèle au sol, sens, vers l’avant. C’est une force de contact.

Une montgolfière vole. Faire :

- le bilan des forces s’exerçant sur la montgolfière en précisant le type de force (contact, volumique, …), la direction et le sens.

- représenter ces forces sur le dessin - faire le diagramme objet-interactions pour la montgolfière

Les forces sont :

- Le poids de la montgolfière (force de gravitation), direction verticale, sens, vers le bas. C’est une force à distance, volumique.

R

P

T

Charrette

Manche

Terre Sol

R

P



- La poussée d’Archimède (action de l’air), direction verticale, sens, vers le haut. C’est une force de contact (de surface).

Fiches méthodes associées Conversions, conversions temporelles, courbes, formules ABC, rédaction. Synthèse

- Une force est une action capable de modifier la vitesse d’un objet, elle a une

valeur, une direction et un sens. On la représente par une flèche. Il existe des forces de contact (de surface) et des forces à distance (volumiques).

- Un objet est en équilibre si les forces qui s’appliquent sur lui se compensent. - On peut calculer la vitesse instantanée d’un objet grâce à la

chronophotographie. - Pour faire un diagramme objet – interactions on place l’objet au centre et on

place les systèmes en interaction autour. On relie l’objet aux systèmes avec des doubles flèches pleines pour les interactions de contact et des doubles flèches en pointillés pour les interactions à distance.

FIN

Montgolfière

Air

Terre

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