Cours 4.1.2

Vecteur vitesse et vecteur variation de vitesse

EDS classe de 1ère

1. Rappel

1.1. Les précautions à prendre pour étudier un mouvement. Collège et lycée

Pour commencer, nous allons définir ce qu'on appelle "mouvement". On parlera de mouvement d'un objet lorsque celui-ci se déplace par rapport à un autre. Le fait qu'un élève gesticule sur sa chaise en classe n'est pas considéré comme un mouvement dans le sens où il n'y a pas déplacement de l'élève dans la classe. Par contre si l'on s'intéresse à la main qui monte et descend, alors on pourra parler du mouvement de la main par rapport à la table ou par rapport à la tête de l'élève par exemples. 

Dans un deuxième temps, nous remarquerons que le mouvement est défini par rapport à un objet que l'on prend comme référence. Par exemple, le déplacement des différents mobiles : sprinteur mais aussi parachutiste, satellite dépend de l’objet par rapport auquel on observe celui-ci (visualisation à travers une caméra : traveling…). On parle de référentiel.

L’étude par rapport au sol (référentiel privilégié au quotidien) nécessite que la caméra soit fixée au sol et sans mouvement. Le sol est un exemple de référentiel terrestre car il est solidaire de la surface terrestre.

On rappelle qu’il existe également deux référentiels essentiels en astronomie

Le sprinteur est en mouvement par rapport au sol mais il peut être immobile par rapport à une caméra.


Remarque : Il est important d’être conscient qu’il existe d’autres référentiels que le sol pour étudier un mouvement.

1.2. Comment décrire un mouvement ? Cycle 4

La description d'un mouvement consiste, autant que possible, à préciser 

2- Cinématique

2.1. Distance parcourue et vecteur déplacement.

2.1.1. Déplacement. Cycle 4

L'idée de mouvement correspond à l'observation d'un déplacement d'un objet (appelé système mécanique) par rapport à un autre objet (cette objet est alors pris comme référentiel). Un déplacement ou une distance parcourue s'exprime le plus souvent en mètre ou en kilomètre (cependant il existe d'autres unités telles que l'année-lumière et l'Angström (même si cette unité est non usitée en classe).

2.1.2. Vecteur déplacement. Classe de 2nde

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2.2. Vitesse.

2.2.1- Définition de la vitesse moyenne. Cycle 4

D'une manière générale, une vitesse est un taux de variation d'une variable. Elle traduit la rapidité à laquelle une variable change.

En mécanique, la variable prise en compte est la position d'un objet. Donc par définition, la vitesse représente la distance parcourue entre deux positions par un mobile par unité de temps. C'est à dire qu'elle donne la distance que parcourt un mobile à chaque seconde qui passe. Ainsi la vitesse s'exprime en mètre par seconde (noté m/s ou m.s-1) ou en kilomètre par heure (noté km/h )

2.2.2- Vitesse instantanée. Classe de 2nde

La vitesse instantanée d'un mobile est la vitesse que possède ce mobile à une date (un instant) donnée. C'est par exemple la vitesse affichée par le compteur d'une voiture ou par un radar. 

Sans appareil de mesure, mais en possession de l'enregistrement du mouvement, on peut déterminer par calcul la vitesse instantanée d'un mobile. Pour cela, on assimilera la vitesse instantanée comme étant la vitesse moyenne entre deux points consécutifs de la trajectoire de cet objet (cf séance de TP).

2.2.3- Vecteur vitesse. Classe de 2nde

L'élève de lycée doit assimiler que la vitesse est définie par une valeur (exprimée en km/h ou m/s) mais aussi par une orientation (c'est-à-dire par une direction et un sens). On peut alors représenter la vitesse par un segment fléché appelé vecteur. On parle donc de vecteur vitesse.

2.3. Accélération. EDS 

L'accélération représente le taux de variation de la vitesse par unité de temps. Ainsi un athlète qui passe de 0 m/s à 10 m/s en 10 secondes augmente sa vitesse de 10m/s  (10 - 0 = 10) en 10 secondes, c'est à dire si l'accélération est constante, il augmente de 1m/s à chaque seconde qui passe, soit une accélération de 10m/s par seconde. 

L'accélération s'exprime donc en m/s/s soit m/s² (pour comprendre cette notation, il faut exploiter le calcul fractionnaire et puissance 2)

2.3.1- Vecteur variation vitesse. EDS   1ère

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