Caractériser un mouvement uniforme - Maxicours

Caractériser un mouvement uniforme

Objectifs
  • Savoir identifier un mouvement uniforme.
  • Calculer la valeur de la vitesse.

Niveau préconisé : 5e

Points clés

Dans un mouvement uniforme :

  • les distances parcourues pendant des durées égales sont égales ;
  • la valeur de la vitesse est constante ;
  • la direction et le sens de la vitesse peuvent changer dans le cas d'un mouvement circulaire ;
  • la vitesse se calcule avec la relation .
1. Les outils pour étudier le mouvement d'un objet

On peut caractériser le mouvement d'un objet en l'étudiant à l'aide d'une chronophotographie ou d'un logiciel de pointage vidéo (Avistep, Aviméca, Pymécavidéo, etc.).

Une chronophotographie est une succession de clichés à intervalles de temps réguliers sur la même photographie.
Un logiciel de pointage permet de pointer image par image les différentes positions d'un objet au cours de son déplacement.

Les chronophotographies et les logiciels de pointage vidéo permettent de déterminer :

  • la trajectoire d'un objet en mouvement ;
  • la vitesse d'un objet en mouvement.

La vitesse est représentée par une flèche dont la longueur représente la valeur (en km/h ou en m/s).

2. Caractériser un mouvement rectiligne uniforme

On étudie la chronophotographie d'une moto pour caractériser son mouvement.

Chronophotographie du mouvement d'une moto
Observations et conclusions

D'après la chronophotographie :

  • la trajectoire est une droite : le mouvement est donc rectiligne.
  • les distances parcourues pendant des intervalles de temps égaux sont égales : la vitesse est donc constante.

On peut donc dire que le mouvement est uniforme.

Dans un mouvement rectiligne uniforme, la vitesse a la même direction et le même sens que le mouvement et sa valeur reste constante.
3. Caractériser un mouvement circulaire uniforme

On étudie le pointage vidéo des positions de la Terre par rapport au Soleil pour caractériser son mouvement.

On lance un film qui montre les révolutions de la Terre et de Mars autour du Soleil, puis on clique image par image sur les positions de l'une ou des deux planètes.

Pointage vidéo des positions de la Terre par rapport au Soleil tous les 25 jours
Observations et conclusions

Chaque croix indique une position de la Terre.

La succession des points forme un cercle : le mouvement est donc circulaire.

Les distances parcourues en 25 jours sont les mêmes : la vitesse est donc constante.

La révolution de la Terre autour du Soleil est donc un mouvement circulaire uniforme.

Le logiciel permet d'obtenir une représentation de la vitesse pour chaque pointage.

Vitesse de la Terre au cours de sa révolution autour du Soleil

La vitesse est représentée par une flèche rouge tangente à la trajectoire (la tangente à un cercle en un point est la droite perpendiculaire au rayon en ce point).

Sa direction et son sens changent au cours du temps.

La longueur de la flèche est toujours la même puisque la vitesse est constante.

Dans un mouvement circulaire uniforme, la direction et le sens de la vitesse changent au cours du temps, mais sa valeur reste constante.
Toutes les planètes ont des mouvements circulaires uniformes autour du Soleil : plus elles sont proches du Soleil, plus leur vitesse de révolution est élevée.
Planète Vitesse de révolution
(en km/h)
Mercure 172 800
Vénus 126 000
Terre 104 400
Mars 86 400
Jupiter 46 800
Saturne 36 000
Uranus 25 200
Neptune 18 000
4. Détermination de la valeur de la vitesse pour un mouvement rectiligne uniforme
a. La formule de la vitesse
Pour calculer la valeur de la vitesse d’un objet qui possède un mouvement uniforme, on applique la formule : .

avec : 

  • d la distance parcourue par l'objet ;
  • t le temps mis par l'objet pour parcourir cette distance.
Remarque sur les unités 
  • Si d est exprimée en kilomètres et t en heures, la vitesse sera exprimée en km/h.
  • Si d est exprimée en mètres et t en secondes, la vitesse sera exprimée en m/s.
b. Quelques ordres de grandeur
  • Une personne marche en moyenne à 4 km/h.
  • Une voiture roule à 130 km/h sur l'autoroute.
  • Un avion vole à 1000 km/h.
  • La station spatiale internationale tourne à 27 600 km/h autour de la Terre.
c. Exemple d'un marcheur
  1. Exploitation d'une chronophotographie.
    Marche de l'homme, 1886

    Etienne Jules Marey a inventé la chronophotographie en 1882. Sur celle-ci, on voit que les distances parcourues sont égales entre chaque photographie prise à intervalle égal : l'homme marche à vitesse constante. Son mouvement est uniforme.
    La connaissance de la durée t et de la longueur d du parcours permettrait de connaitre la vitesse v du marcheur.

  2. Calcul de la vitesse d'un marcheur.
    On s'intéresse à une personne qui parcourt 18 km en marchant pendant 4 h.
    Sa vitesse est .
    Après application numérique, on trouve : 

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