CH1 — Mouvements
Seconde physique-chimie • Système, référentiel, trajectoire, vitesse moyenne, vecteur vitesse, types de mouvements
Objectifs du chapitre
Ce chapitre reprend le contenu du cahier : vocabulaire de base, référentiels, vitesse moyenne, conversions, vitesse instantanée, vecteur vitesse et différents types de mouvements. Il est enrichi avec des schémas et des exercices contextualisés.
Je dois savoir définir
Système, référentiel, trajectoire, vitesse moyenne, vitesse instantanée, vecteur vitesse.
Je dois savoir calculer
Une vitesse, une distance ou une durée avec les bonnes unités.
Je dois savoir représenter
Un vecteur vitesse à partir d’une chronophotographie et d’une échelle.
Repère programme de seconde :
Le programme demande de choisir un référentiel, caractériser différentes trajectoires, définir le vecteur vitesse moyenne, approcher le vecteur vitesse à l’aide de positions successives et caractériser un mouvement rectiligne uniforme ou non uniforme.
I. Vocabulaire
Système : objet d’étude.
Référentiel : objet ou point de référence par rapport auquel on étudie le mouvement.
Trajectoire : ensemble des positions successives occupées par le système.
La trajectoire dépend du référentiel choisi.
Les référentiels à connaître
Référentiel terrestre
Utilisé pour les mouvements proches de la surface de la Terre : voiture, nageur, ballon, rameur, élève qui marche.
Référentiel géocentrique
Origine au centre de la Terre. Utile pour les satellites autour de la Terre.
Référentiel héliocentrique
Origine au centre du Soleil. Utile pour les planètes du système solaire.
II. Vitesse moyenne
Définition : la vitesse moyenne est la distance parcourue par unité de temps.
- v : vitesse moyenne en m·s⁻¹ si d est en m et t en s ;
- d : distance parcourue en m ;
- t : durée en s.
Formules à savoir transformer :
Méthode de calcul :
- Identifier ce que l’on cherche : v, d ou t.
- Écrire la formule encadrée.
- Convertir en unités SI : m, s, m·s⁻¹.
- Remplacer les valeurs.
- Souligner le résultat avec l’unité.
Exercice type 1 — Nageur au lycée
Un nageur parcourt 85 m en 4 min 34 s. Déterminer sa vitesse moyenne.
Conversion du temps :
t = 4 × 60 + 34
t = 274 s
Formule du cours :
On cherche v : la formule est déjà sous la bonne forme.
Application numérique :
v = 85 / 274
v = 0,31 m·s⁻¹
Le plus logique l’emporte : ici le nageur est lent, donc 0,31 m·s⁻¹ est cohérent.
Exercice type 2 — Trail local
Un rameur/coureur local parcourt 10,32 km en 1 h 12 min 32 s. Calculer sa vitesse moyenne.
Conversion distance :
d = 10,32 × 10³ m = 10 320 m
Conversion temps :
t = 1 × 3600 + 12 × 60 + 32 = 4352 s
Formule du cours :
On cherche v : la formule est déjà sous la bonne forme.
Application numérique :
v = 10320 / 4352
v = 2,37 m·s⁻¹
Exercice type 3 — Chercher une durée
Combien de temps faut-il pour faire Wallis–Futuna si l’on parcourt une distance d = 230 km à la vitesse moyenne v = 2,37 m·s⁻¹ ?
Formule du cours :
On veut isoler t. On multiplie par t :
Puis on divise par v :
Conversion distance :
d = 230 × 10³ m = 230 000 m
t = 230 000 / 2,37
t = 97 046 s
Conversion en h, min, s :
97 046 s ≈ 26 h 57 min
t ≈ 26 h 57 min
Exercice type 4 — Distance parcourue en 100 ans par une sonde
Une sonde spatiale se déplace à v = 11,2 km·s⁻¹. Quelle distance parcourt-elle en 100 ans ?
Formule du cours :
On veut isoler d. On multiplie par t :
Donc :
Conversions :
v = 11,2 km·s⁻¹ = 11,2 × 10³ m·s⁻¹
t = 100 × 365 × 24 × 3600 = 3,1536 × 10⁹ s
d = 11,2 × 10³ × 3,1536 × 10⁹
d = 3,53 × 10¹³ m = 3,53 × 10¹⁰ km
Conclusion : cette distance reste très faible à l’échelle des étoiles.
III. Vitesse instantanée et vecteur vitesse
La vitesse instantanée est la vitesse à un instant donné.
Avec une chronophotographie, on l’approche à partir de deux positions très proches.
Le vecteur vitesse est représenté au point considéré. Il est tangent à la trajectoire.
- Direction : celle du mouvement local ;
- Sens : celui du mouvement ;
- Valeur : proportionnelle à la longueur de la flèche.
Échelle de représentation :
Si l’échelle est : 1 cm ↔ 1000 m·s⁻¹, alors une vitesse de 1350 m·s⁻¹ est représentée par une flèche de :
1350 / 1000 = 1,35 cm
Longueur de la flèche : 1,35 cm
Exercice type — Représenter un vecteur vitesse
Sur une chronophotographie, les positions sont séparées de Δt = 10 ms. On mesure M₁M₂ = 13,5 m. Calculer puis représenter la vitesse.
Conversion :
Δt = 10 ms = 10 × 10⁻³ s = 1,0 × 10⁻² s
Formule du cours :
On cherche v : la formule est déjà sous la bonne forme.
Application numérique :
v = 13,5 / 1,0 × 10⁻²
v = 1350 m·s⁻¹
Avec l’échelle 1 cm ↔ 1000 m·s⁻¹, la flèche mesure :
1,35 cm
IV. Différents mouvements
Pour décrire un mouvement, on précise la forme de la trajectoire et l’évolution de la vitesse.
Mouvement rectiligne accéléré
Trajectoire droite et vitesse qui augmente.
Mouvement rectiligne ralenti
Trajectoire droite et vitesse qui diminue.
Mouvement rectiligne uniforme
Trajectoire droite et vitesse constante.
Mouvement circulaire
Trajectoire circulaire. La valeur de la vitesse peut être constante mais la direction change.
Mouvement parabolique
Trajectoire en arc de parabole : balle, projectile, saut, ballon.
V. Exercices contextualisés seconde
1. Va’a dans le lagon
Une pirogue V6 parcourt 1,8 km entre deux bouées en 9 min 00 s. Calculer sa vitesse moyenne en m·s⁻¹ puis en km·h⁻¹.
Correction :
d = 1,8 × 10³ m = 1800 m
t = 9 × 60 = 540 s
Formule du cours :
On cherche v : la formule est déjà sous la bonne forme.
Application numérique :
v = 1800 / 540
v = 3,33 m·s⁻¹
v = 3,33 × 3,6
v = 12,0 km·h⁻¹
2. Drone de surveillance
Un drone se déplace en ligne droite à vitesse constante. Il parcourt 240 m en 30 s.
- Calculer sa vitesse moyenne.
- Quelle distance parcourt-il en 2 min ?
Correction :
v = 240 / 30
v = 8,0 m·s⁻¹
2 min = 120 s
Formule du cours :
On veut isoler d. On multiplie par t :
Donc :
Application numérique :
d = 8,0 × 120
d = 960 m
3. Kitesurf : mouvement rectiligne ou non ?
Un kitesurfeur suit une trajectoire presque droite sur un bord de lagon. Les positions successives sont régulièrement espacées.
- Quelle est la forme de la trajectoire ?
- Comment évolue la vitesse ?
- Comment nomme-t-on ce mouvement ?
Correction :
Mouvement rectiligne uniforme
VI. Partie type bac / évaluation — adaptée seconde
Même si les élèves de seconde ne passent pas encore le bac, cette partie entraîne à une rédaction structurée : analyse de documents, choix du référentiel, calculs, justification et conclusion.
Étude d’un sprint sur une piste d’athlétisme
Lors d’une séance de sport, les positions successives d’un point du maillot sont relevées toutes les 0,50 s.
| Temps t (s) | 0,0 | 0,5 | 1,0 | 1,5 | 2,0 | 2,5 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Position x (m) | 0,0 | 0,8 | 2,1 | 3,9 | 6,2 | 9,0 |
- Quel référentiel est adapté ?
- La trajectoire est-elle rectiligne ou circulaire ?
- Calculer la vitesse moyenne entre 0,0 s et 2,5 s.
- Les distances parcourues pendant chaque intervalle de 0,50 s augmentent-elles ? Conclure.
Correction détaillée :
1. On choisit le référentiel terrestre lié à la piste.
2. La trajectoire est rectiligne.
d = 9,0 m ; t = 2,5 s
Formule du cours :
On cherche v : la formule est déjà sous la bonne forme.
Application numérique :
v = 9,0 / 2,5
v = 3,6 m·s⁻¹
Distances successives : 0,8 m ; 1,3 m ; 1,8 m ; 2,3 m ; 2,8 m. Elles augmentent : la vitesse augmente.
Le mouvement est rectiligne accéléré.
Étude d’un bateau de sécurité dans le lagon
Un bateau de sécurité parcourt 1,2 mille nautique en 6 min 00 s. On donne : 1 mille nautique = 1852 m.
- Convertir la distance en mètres.
- Convertir la durée en secondes.
- Calculer la vitesse moyenne en m·s⁻¹.
- Convertir cette vitesse en km·h⁻¹.
Correction détaillée :
d = 1,2 × 1852 = 2222,4 m
t = 6 × 60 = 360 s
v = 2222,4 / 360
v = 6,17 m·s⁻¹
v = 6,17 × 3,6
v = 22,2 km·h⁻¹
📌 Fiche bilan — CH1 Mouvements
Système
Objet dont on étudie le mouvement.
Exemple : un nageur, une voiture, une balle, un bateau, une planète.
Référentiel
Objet de référence par rapport auquel on décrit le mouvement.
Terrestre, géocentrique, héliocentrique.
Trajectoire
Ensemble des positions successives.
Elle dépend du référentiel.
Vitesse moyenne
d en m, t en s, v en m·s⁻¹.
Conversions
1 km = 10³ m
1 h = 3600 s
1 min = 60 s
1 m·s⁻¹ = 3,6 km·h⁻¹
Vitesse instantanée
Vitesse à un instant donné.
Vecteur vitesse
Direction, sens et valeur.
Il est tangent à la trajectoire.
Types de trajectoire
Rectiligne, circulaire, parabolique.
Types d’évolution
Uniforme : vitesse constante.
Accéléré : vitesse augmente.
Ralenti : vitesse diminue.
Carte mentale
Décrire
Système + référentiel + trajectoire.
Calculer
v = d / t ; d = v × t ; t = d / v.
Convertir
km → m ; min/h → s ; m·s⁻¹ ↔ km·h⁻¹.
Représenter
Vecteur vitesse tangent, sens du mouvement, échelle.
Classer
Rectiligne, circulaire, parabolique ; uniforme, accéléré, ralenti.
Pièges
Oublier le référentiel, oublier les conversions, oublier l’unité.