Fiche révision N° 12 Mouvements d'un système

Fiche de révision 12

En travaux

QCM QUESTY

MOUVEMENTS D’UN SYSTÈME

Cours


 

 
sciences physiques sur le Web

🟦 FICHE DE RÉVISION 01

1)- 🎯 L’ESSENTIEL DU CHAPITRE

2)- 🔵 DÉCRIRE LE MOUVEMENT D’UN SYSTÈME

3)- 🔵 LA VITESSE

4)- 🔵 LE VECTEUR VITESSE vecteur v

5)- 🟣 LE VECTEUR VARIATION DE VITESSE vecteuir variation

6)- 🟣 RECONNAÎTRE LES MOUVEMENTS GRÂCE AUX VECTEURS

7)- 🔴 LES FORCES ET LA VARIATION DU MOUVEMENT

8)- 🔴 CONTRAPOSÉE DU PRINCIPE D’INERTIE

9)- 🔴 DEUXIÈME LOI DE NEWTON

10)- 🟠 RÔLE DE LA MASSE

11)- 🟡 MÉTHODE : EXPLOITER UNE CHRONOPHOTOGRAPHIE

12)- 🟡 MÉTHODE : DÉTERMINER vecteuir variation

13)- 🔴 MÉTHODE : RELIER LES FORCES AU MOUVEMENT

14)- 🟢 EXEMPLE CLASSIQUE : MOUVEMENT CIRCULAIRE

15)- 🟣 APPLICATION : CHUTE LIBRE AVEC VITESSE INITIALE

16)- 🟠 APPLICATION : MOUVEMENT RECTILIGNE UNIFORME

17)- 🚨 ERREURS ET PIÈGES À ÉVITER

18)- ⭐ TABLEAU « À SAVOIR PAR CŒUR »

19)- 🧠 FORMULES À MÉMORISER

20)- 🟨 CHECK-LIST AVANT DE RENDRE UN EXERCICE

21)- 🏆 LES 10 NOTIONS CLÉS DU CHAPITRE

📘 FICHE DE RÉVISION 02

1)- Le Vecteur Vitesse

2)- Définition et caractéristiques du vecteur vitesse vi

3)- Qualification du mouvement selon le vecteur vitesse

4)- Le Vecteur Variation de Vitesse vecteuir variation

5)- Méthode géométrique rigoureuse de tracé de vecteuir variation

6)- Cas d'étude fondamentaux du cours

7)- La Somme des Forces et la Deuxième Loi de Newton

8)- Rôle crucial de la masse (Inertie du système)

9)- Applications Pratiques et Exercices Référencés

10)- Pièges, Erreurs à Éviter et Astuces Métier

FICHE DE RÉVISION 03

1)- Notions essentielles.

2)- FORMULES FONDAMENTALES ET UNITÉS

3)- MÉTHODE — RÉUSSIR UN EXERCICE

4)- ASTUCES, ERREURS ET PIÈGES À ÉVITER

5)- MÉMO EXPRESS — MOUVEMENTS D’UN SYSTÈME

6)- CARTE MENTALE — L’ESSENTIEL EN UN COUP D’ŒIL

 haut

🟦 FICHE DE RÉVISION 01

CHAPITRE 12 – MOUVEMENTS D’UN SYSTÈME

1)- 🎯 L’ESSENTIEL DU CHAPITRE

-  Ce chapitre permet de répondre à trois questions fondamentales :

-  🔵 1. Comment décrire le mouvement d’un système ?

-  → Position, trajectoire, vitesse, vecteur vitesse.

-  🟢 2. Comment caractériser la variation du mouvement ?

-  → Vecteur variation de vitesse vecteuir variation.

-  🔴 3. Pourquoi le mouvement varie-t-il ?

-  → À cause de la résultante des forces exercées sur le système.

-  ⭐ IDÉE CENTRALE À RETENIR :

-  La résultante des forces détermine la variation du vecteur vitesse.

-  Pour une masse m constante :

-  deuxième loi Newton 

-  Donc :

-  relation  

-  Les vecteurs somme vecteur force et vecteuir variation sont colinéaires et de même sens.

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2)- 🔵 DÉCRIRE LE MOUVEMENT D’UN SYSTÈME

-  ① Le système étudié :

-  Pour simplifier l’étude, un système peut être modélisé par un point matériel, souvent son centre d’inertie G.

-  Exemples :

-  • une voiture → son centre d’inertie G

-  • une balle → son centre

-  • un skieur → un point S

-  • une planète → son centre

-  ⚠️ Toujours préciser le référentiel d’étude.

-  La vitesse dépend du référentiel choisi.

-  ② La trajectoire

-  La trajectoire est l’ensemble des positions successives occupées par le système.

-  🟢 Principaux types de trajectoires

-  Trajectoire rectiligne : → les positions successives sont alignées.

-  Trajectoire circulaire : → le système décrit un cercle.

-  Trajectoire curviligne : → trajectoire quelconque, non rectiligne.

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3)- 🔵 LA VITESSE

-  ① Vitesse moyenne : vmoy

-  La vitesse moyenne correspond à la distance parcourue pendant une durée donnée :

-  ⭐ FORMULE FONDAMENTALE

-  vmoy = d / Δt

-  • vmoy : vitesse moyenne en m . s–1

-  • d : distance parcourue en m

-  • Δt : durée en s

-  Unité SI : m . s–1

-  La vitesse moyenne est le quotient de la distance d parcourue par la durée du parcours Δt.

-  🔄 Conversions indispensables

-  1 m . s–1 = 3,6 km · h–1 => v (km · h–1) = 3,6 × v (m . s–1)

-  et : v (m . s–1) = v (km · h–1) / 3,6

-  💡 ASTUCE

-  Pour passer de km · h–1 → m . s–1 : ➡️ diviser par 3,6

-  Pour passer de m . s–1→ km · h–1 : ➡️ multiplier par 3,6

-  ② Vitesse instantanée :

-  La vitesse instantanée v (t) est la vitesse du système à un instant donné t.

-  Exemple :

-  → indication d’un compteur de voiture

-  → mesure effectuée par un radar.

-  Pour une très courte durée :

-  v (t) ≈ distance parcourue / très courte durée

-  Plus l’intervalle de temps est petit, meilleure est l’approximation.

-  ③ Évolution de la valeur de la vitesse :

-  🟢 v constante → mouvement uniforme

-  🟠 v augmente → mouvement accéléré

-  🔴 v (t) diminue → mouvement décéléré / retardé

-  ⚠️ Attention :

-  Un mouvement peut être uniforme tout en étant accéléré au sens physique du vecteur vitesse si sa direction change.

-  Exemple :

-  ➡️ mouvement circulaire uniforme.

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4)- 🔵 LE VECTEUR VITESSE vecteur v

-  Le vecteur vitesse vecteur v donne beaucoup plus d'informations que la seule valeur de la vitesse.

-  Il possède 4 caractéristiques :

-  ⭐ À CONNAÎTRE PAR CŒUR

Caractéristique

Description

📍 Origine

Position du système à l’instant considéré

➡️ Direction

Tangente à la trajectoire

🔄 Sens

Sens du mouvement

📏 Valeur

Valeur de la vitesse v

-  ① Comment tracer un vecteur vitesse ?

-  À partir du point Mi :

-  Étape 1

-  📍 Placer l’origine du vecteur en Mi.

-  Étape 2

-  📐 Tracer la direction tangente à la trajectoire.

-  Pour une chronophotographie, on peut utiliser la droite :

-  (Mi−1 Mi+1)

-  et tracer par Mi une parallèle à cette droite.

-  Étape 3

-  ➡️ Orienter la flèche dans le sens du mouvement.

-  Étape 4

-  📏 Respecter l’échelle donnée.

-  Exemple :

-  1 cm ↔ 0,10 m · s−1 .

-  Si : v = 0,40 m · s−1 alors : longueur du vecteur = 4,0 cm

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5)- 🟣 LE VECTEUR VARIATION DE VITESSE vecteuir variation

-  ① Pourquoi utiliser vecteuir variation ?

-  Le vecteur vitesse peut changer :

-  🔹 de valeur

-  🔹 de direction

-  🔹 de sens

-  Dès que le vecteur vitesse change :

-  relation 

-  ② Définition

-  Entre deux instants ou deux positions :

-  ⭐ FORMULE

-  vecteur variation vitesse 

-  Attention :

-  ⚠️ C’est une soustraction vectorielle.

-  On ne peut pas toujours faire simplement :

-  Δv = v2 – v1

-  car les directions des deux vecteurs peuvent être différentes.

-  ③ Construction graphique de vecteuir variation

-  Méthode :

-  Étape 1

-  Tracer les vecteurs vecteur v1 et vecteur v2 avec leurs directions, sens et longueurs corrects.

-  Étape 2

-  Placer les deux vecteurs avec une même origine.

-  Étape 3

-  Tracer :

-  vecteur variation vitesse 

-  Le vecteur variation de vitesse vecteuir variation est alors le vecteur allant :

-  extrémité de vecteur v1 → extrémité de vecteur v2

-  ⭐ ASTUCE :

-  Pour une construction graphique, ne jamais oublier que :

-  vecteur variation vitesse 

 tracé

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6)- 🟣 RECONNAÎTRE LES MOUVEMENTS GRÂCE AUX VECTEURS

-  🟢 Mouvement rectiligne uniforme

-  Les points sont alignés.

-  Les distances parcourues pendant des durées égales sont égales.

- vecteur vitesse => dv vecteur nul et les forces se compensent.

-  À retenir :

-  MRU  → vecteur vitesse → dv vecteur nul→ bilan des forces

-  🟠 Mouvement rectiligne accéléré

-  La direction et le sens de vecteur v restent identiques mais sa valeur augmente.

-  relation 

-  Le vecteur vecteuir variation est dans le sens de l'accélération du mouvement.

-  🔵 Mouvement circulaire uniforme

-  La valeur de la vitesse reste constante v = cte.

-  Mais la direction du vecteur vitesse change continuellement relation.

-  vecteur v varie et : relation

-  Le mouvement est donc accéléré au sens vectoriel, même si la valeur de la vitesse reste constante.

-  Dans le cas étudié avec un fil tendu, vecteuir variation est dirigé vers le centre de la trajectoire circulaire.

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7)- 🔴 LES FORCES ET LA VARIATION DU MOUVEMENT

-  ① Une force est un vecteur

-  Une force possède :

-  📍 Point d’application

-  📐 Direction

-  ➡️ Sens

-  📏 Valeur

-  Unité :

-  newton (N)

-  ② Somme vectorielle des forces

-  Lorsque plusieurs forces sont exercées sur un système :

-  somme vecteur F 

- somme vecteur force est appelée : résultante des forces.

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8)- 🔴 CONTRAPOSÉE DU PRINCIPE D’INERTIE

-  ⭐ À CONNAÎTRE

-  Si le vecteur vitesse vecteur v varie, alors : les forces ne se compensent pas bilan forces.

-  Autrement dit :

- relation  → bilan forces

-  Réciproquement :

- bilan forces →  vecteur v varie

-  🟢 Cas particulier

-  Si : bilan des forces alors le vecteur vitesse reste constant vecteur vitesse :

-  Le système est :

-  • soit immobile

-  • soit en mouvement rectiligne uniforme.

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9)- 🔴 DEUXIÈME LOI DE NEWTON   

-  ⭐ RELATION FONDAMENTALE DU CHAPITRE

-  Pour un système de masse constante soumis à des forces constantes, pendant une courte durée Δt :

-  deuxième loi Newton 

-  Cette relation est la forme utilisée dans le cours pour relier la résultante des forces et la variation de vitesse.

-  📌 Unités

Grandeur

Symbole

Unité

Force

F

N

Masse

m

kg

Temps

Δt

s

Vitesse

v

m . s–1

Variation de vitesse

Δv

m . s–1

-  Vérification :

-  N = kg × m . s–2

-  ⭐ CONSÉQUENCE VECTORIELLE

- somme vecteur force et vecteuir variation :

-  ➡️ sont colinéaires

-  ➡️ ont le même sens

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10)- 🟠 RÔLE DE LA MASSE

-  À forces identiques :

-  vecteuir variation ∝ 1 / m

-  🟢 petite masse → variation de vitesse importante

-  🔴 grande masse → variation de vitesse faible

-  ⭐ À RETENIR

-  Plus la masse est grande, plus il est difficile de modifier le mouvement du système.

-  Si deux systèmes subissent la même résultante des forces pendant la même durée :

-  m2 > m1

-  alors :

-  |Δv2| < |Δv1|

-  Le cours illustre cette propriété notamment avec deux planeurs soumis à la même force de traction.

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11)- 🟡 MÉTHODE : EXPLOITER UNE CHRONOPHOTOGRAPHIE

-  ÉTAPE 1 – Identifier le référentiel

-  Exemple : Référentiel terrestre.

-  ÉTAPE 2 – Identifier les positions successives

-  Repérer : M0, M1, M2, M3...

-  ÉTAPE 3 – Vérifier les intervalles de temps

-  Si les positions sont enregistrées à intervalles réguliers :

-  τ = constante

-  alors les distances entre positions successives permettent de comparer les vitesses.

-  ÉTAPE 4 – Calculer une vitesse

-  Utiliser :

-  v ≈ MM' / Δt

-  ⚠️ Les distances doivent être exprimées en mètres.

-  ⚠️ Les durées doivent être exprimées en secondes.

-  ÉTAPE 5 – Déterminer la nature du mouvement

-  Distances égales pour des durées égales : → mouvement uniforme.

-  Distances de plus en plus grandes : → mouvement accéléré.

-  Distances de plus en plus petites : → mouvement décéléré.

-  ÉTAPE 6 – Tracer vecteur v

-  Ne pas oublier : origine + direction + sens + valeur + échelle.

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12)- 🟡 MÉTHODE : DÉTERMINER vecteuir variation

-  Situation 1 : même direction et même sens

-  Exemple :

-  v1 = 2,0 m . s–1 et v2 = 3,0 m . s–1

-  Alors :

-  Δv = 3,0 − 2,0

-  Δv ≈ 1,0 m . s–1

-  vecteuir variation est orienté dans le sens du mouvement.

-  Situation 2 : même valeur mais direction différente

-  Exemple :

-  mouvement circulaire uniforme.

-  Même si : v1 = v2

-  on a :

-   relation

 tracé

-   relation

-  ⚠️ PIÈGE MAJEUR :

-  « La vitesse est constante donc  »

-  ❌ FAUX pour un mouvement circulaire uniforme.

-  La valeur de la vitesse est constante, mais le vecteur vitesse change de direction.

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13)- 🔴 MÉTHODE : RELIER LES FORCES AU MOUVEMENT

-  Pour résoudre un exercice :

-  ① Choisir le système

-  Exemple : « On étudie le skieur assimilé au point S. »

-  ② Choisir le référentiel

-  Exemple : « On travaille dans le référentiel terrestre supposé galiléen. »

-  ③ Faire le bilan des forces

-  Exemples :

-  • poids poids

-  • réaction du support réaction

-  • frottement frottement

-  ④ Calculer ou construire la résultante

-   somme forces

-  ⑤ Utiliser Newton

-  deuxième loi Newton 

-  ⑥ Comparer les directions

-  Puisque :

-   somme vecteur force et vecteuir variation  sont colinéaires et de même sens : → la direction de vecteuir variation est celle de la résultante.

-  ⑦ Conclure sur le mouvement

-  Si : bilan des forces → mouvement rectiligne uniforme ou repos.

-  Si :  bilan forces → le vecteur vitesse vecteur v varie.

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14)- 🟢 EXEMPLE CLASSIQUE : MOUVEMENT CIRCULAIRE

-  Un objet est attaché à un fil et tourne autour d’un point fixe.

 

Expérience 2

expérience

-  Si :

-  • rayon constant

-  • vitesse constante en valeur

-  alors :

-  Mouvement circulaire uniforme.

-  Le vecteur vitesse :

-  ➡️ est tangent au cercle.

-  Le vecteur variation de vitesse :

-  ➡️ est dirigé vers le centre du cercle.

-  La résultante des forces :

-  ➡️ est également dirigée vers le centre.

-  ⭐ SCHÉMA MENTAL

- vecteur v : tangent au cercle

- vecteuir variation : vers le centre

- somme vecteur force : vers le centre

 tracé

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15)- 🟣 APPLICATION : CHUTE LIBRE AVEC VITESSE INITIALE

-  Dans l’application expérimentale du chapitre, une balle est lancée avec une vitesse initiale faisant un angle α avec l’horizontale.

-  Le mouvement est étudié dans le référentiel terrestre à partir d’une chronophotographie.

mouvement parabolique 

-  En négligeant les frottements de l’air :

-  La principale force exercée sur la balle est son poids :

-  vecteur P 

-  avec :

-  • m en kg

-  • g ≈ 9,81 N · kg−1 (souvent 10 N · kg−1 selon l’exercice)

-  La résultante est donc :

-  sF = vecteur P 

-  vecteuir variation a la même direction et le même sens que poids.

-  Conséquence :

-  L'accélération est verticale vers le bas.

-  La trajectoire d'un projectile lancé obliquement est une parabole dans le modèle usuel sans frottements.

 mouvement parabolique

tracé

 haut

16)- 🟠 APPLICATION : MOUVEMENT RECTILIGNE UNIFORME

-  Si un système possède un mouvement rectiligne uniforme :

-  vecteur vitesse => dv vecteur nul  et bilan des forces

-  Les forces se compensent.

-  Exemple du skieur

-  Pour un skieur en mouvement rectiligne uniforme :

-  • le poids est vertical vers le bas ;

-  • la réaction normale est perpendiculaire à la piste ;

-  • le frottement est parallèle à la piste et opposé au mouvement.

-  Le bilan des forces permet alors de déterminer la force de frottement.

 schéma de la construction

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17)- 🚨 ERREURS ET PIÈGES À ÉVITER

-  ❌ PIÈGE 1

-  Confondre vitesse et vecteur vitesse.

-  ✔️ La valeur de la vitesse peut être constante alors que le vecteur vitesse varie.

-  ❌ PIÈGE 2

-  Dire qu’un mouvement circulaire uniforme n’est pas accéléré.

-  ✔️ La valeur de v est constante mais la direction du vecteur vecteur v change.

-  ❌ PIÈGE 3

-  Tracer vecteur v dans la direction du rayon.

-  ❌ Faux.

-  ✔️ vecteur v est tangent à la trajectoire.

-  ❌ PIÈGE 4

-  Oublier le référentiel.

-  ✔️ Une vitesse doit toujours être associée à un référentiel.

-  ❌ PIÈGE 5

-  Utiliser des km / h directement dans une formule SI.

-  ✔️ Convertir en m / s.

-  ❌ PIÈGE 6

-  Oublier que vecteuir variation est un vecteur.

-  ✔️ Utiliser :

-   vecteur variation vitesse

-  Et pas systématiquement :

-  Δv = v2 – v1

-  ❌ PIÈGE 7

-  Croire que bilan des forces signifie forcément « système immobile ».

-  ✔️ Cela signifie :

-  repos OU mouvement rectiligne uniforme.

-  ❌ PIÈGE 8

-  Confondre la direction de la vitesse et celle de l'accélération.

-  ✔️ Elles peuvent être différentes.

-  Exemple : mouvement circulaire uniforme :

- vecteur v : tangent

- vecteuir variation : radial vers le centre

-  ❌ PIÈGE 9

-  Oublier la masse en kg.

-  ✔️ Dans la relation de Newton, la masse doit être exprimée en kg.

-  ❌ PIÈGE 10

-  Faire uniquement une addition numérique des forces.

-  ✔️ Les forces sont des vecteurs : il faut tenir compte de leur direction et de leur sens.

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18)- ⭐ TABLEAU « À SAVOIR PAR CŒUR »

Situation

Vecteur

vitesse

vecteur v

vecteuir variation

Résultante

 somme vecteur force

Repos

vecteur nul

vecteur nul

vecteur nul

MRU

constant

vecteur nul

vecteur nul

Rectiligne

accéléré

valeur

augmente

vecteur différent zéro

vecteur différent zéro

Rectiligne

décéléré

valeur

diminue

vecteur différent zéro

vecteur différent zéro

Circulaire

uniforme

direction

change

vecteur différent zéro

vecteur différent zéro

Mouvement

quelconque

varie

vecteur différent zéro

vecteur différent zéro

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19)- 🧠 FORMULES À MÉMORISER

-  ⭐ Vitesse moyenne : vmoy

-  ⭐ Vitesse instantanée approchée : vitesse

-  pour un intervalle de temps τ très court.

-  ⭐ Variation de vitesse

-  vecteur variation vitesse 

-  ⭐ Deuxième loi de Newton (Approche)

-  deuxième loi Newton 

-  ⭐ Poids

-  P = m × g

-  Unités :

-  P en N

-  m en kg

-  g en N · kg−1

-  ⭐ Conversion

-  1 m · s−1 = 3,6 km · h−1

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20)- 🟨 CHECK-LIST AVANT DE RENDRE UN EXERCICE

-  ☐ Ai-je défini le système étudié ?

-  ☐ Ai-je précisé le référentiel ?

-  ☐ Ai-je identifié la trajectoire ?

-  ☐ Ai-je calculé la vitesse avec les bonnes unités ?

-  ☐ Ai-je distingué vitesse et vecteur vitesse ?

-  ☐ Ai-je correctement tracé vecteur v ?

-  ☐ Ai-je construit correctement vecteuir variation ?

-  ☐ Ai-je effectué le bilan des forces ?

-  ☐ Ai-je calculé la résultante vectorielle des forces ?

-  ☐ Ai-je utilisé : deuxième loi Newton?

-  ☐ Ai-je vérifié les unités ?

-  ☐ Ai-je interprété le résultat physiquement ?

-  ☐ Ai-je indiqué clairement la direction et le sens des vecteurs ?

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21)- 🏆 LES 10 NOTIONS CLÉS DU CHAPITRE

-  1️⃣ La vitesse est relative au référentiel.

-  2️⃣ La vitesse moyenne est : vmoy = d / Δt

-  3️⃣ Le vecteur vitesse est tangent à la trajectoire.

-  4️⃣ Le vecteur vitesse possède une direction, un sens et une valeur.

-  5️⃣ Le vecteur vitesse peut varier en valeur, direction ou sens.

-  6️⃣ Si le vecteur vitesse varie : relation

-  7️⃣ La variation de vitesse est : vecteur variation vitesse

-  8️⃣ La résultante des forces est liée à vecteuir variation par : deuxième loi Newton

-  9️⃣ Plus la masse m est grande, plus une même force produit une faible variation de vitesse.

-  10️⃣ La résultante des forces indique comment le vecteur vitesse va évoluer.

-  🌟 PHRASE-BILAN À RETENIR

-  Si les forces se compensent, le vecteur vitesse reste constant ;

-  si elles ne se compensent pas, le vecteur vitesse varie dans la direction et le sens de la résultante des forces.

-  📌 MÉTHODE ULTRA-RAPIDE POUR LE BAC

-  MOUVEMENT → vecteur v → vecteuir variation → FORCES → NEWTON → CONCLUSION

-  Décrire le mouvement

-  Tracer / déterminer vecteur v

-  Déterminer vecteuir variation

-  Faire le bilan des forces

-  Calculer somme vecteur force

-  Utiliser la 2ᵉ loi de Newton

-  Comparer les directions et les sens

-  Conclure sur le mouvement

-  ⭐ À NE JAMAIS OUBLIER :

-  vecteur v est tangent à la trajectoire

-  vecteuir variation est lié à somme vecteur force

- bilan des forces <=>  vecteur v  constant

- bilan forces  →  vecteur v varie

-  Plus m est grande → plus  est faible à force et durée identiques

haut

📘 FICHE DE RÉVISION 02 ET DE MÉTHODE

Physique-Chimie Première — Chapitre N° 12 : Mouvements d'un système

1)- Le Vecteur Vitesse

-  Vitesse moyenne et vitesse instantanée

-  Vitesse moyenne :

-  La vitesse moyenne vmoy d'un point mobile est le rapport de la distance parcourue d par la durée du parcours Δt :

-  FORMULE N° 1 — Vitesse moyenne

-  Formule : vmoy = d / Δt

-  d : distance parcourue en mètres (m)

-  Δt : durée du parcours en secondes (s)

-  vmoy : vitesse moyenne en mètres par seconde (m .  s−1 ou m / s)

-  Vitesse instantanée v (t) :

-  C'est la vitesse à un instant t précis.

-  En pratique, on ne sait calculer qu'une vitesse moyenne.

-  On considère que pendant un intervalle de temps très court Δt = τ (ex: 20 ms ou 40 ms), la vitesse reste pratiquement constante (pour une expérience de quelques secondes).

-  • Notion clé (Caractère relatif) :

-  Le mouvement d'un point dépend obligatoirement du référentiel choisi (terrestre, géocentrique, héliocentrique).

-  La vitesse est relative au référentiel d'étude.

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2)- Définition et caractéristiques du vecteur vitesse vecteur vi

-  Calcul approché de la valeur vi :

-  Dans un référentiel donné, au point Mi à l'instant ti, la vitesse instantanée vi est assimilée à la vitesse moyenne entre la position Mi et la position très proche suivante M(i+1) :

-  FORMULE N° 2 — Valeur du vecteur vitesse au point Mi

-  Formule : vi = Mi M(i+1) / Δt  ou  vi = Mi M(i+1) / τ

-  Mi M(i+1) : longueur du segment entre les deux positions en mètres (m)

-  Δt = t (i+1) − ti = τ : durée très courte séparant les deux enregistrements en secondes (s)

-  vi : valeur du vecteur vitesse au point M(i+1) en mètres par seconde (m .  s−1)

 

-  Autre formulation : (Je préfère cette approche qui est plus fidèle à la notion de vitesse : plus la durée τ est peitte et plus les points M(i−1) et M(i+1) sont proche du point Mi).

-  FORMULE N° 2 Bis — Valeur du vecteur vitesse au point Mi

-  Formule : vi = M(i−1) M(i+1) / Δt  ou  vi = M(i−1) M(i+1) / 2 τ

-  Mi M(i+1) : longueur du segment entre les deux positions en mètres (m)

-  Δt = t (i+1) − t(i−1) = 2 τ : durée très courte séparant les deux enregistrements en secondes (s)

-  vi : valeur du vecteur vitesse au point Mi en mètres par seconde (m .  s−1)

-  Exemple :

-  Vecteur vitesse du point mobile M à l'instant t3, vecteeur vitesseque l'on note plus simplement vecteur vitesse.

*  Pour tracer ce vecteur vitesse :

-  Origine : Position occupée par le point mobile à l'instant considéré t c'est-à-dire le point M3.

-  Direction : Tangente à la trajectoire au point considéré : droite parallèle à (M2 M4) issue de M3.

-  Sens : Celui du mouvement à cet instant

-  Valeur : Celle de la vitesse instantanée à cet instant :

-  vitesse c'est-à-dire : vitesse.

-  Longueur du représentant ℓv :

-  Une échelle de représentation est indispensable.

-  Elle associe la longueur du segment fléché à la valeur de la vitesse instantanée.

-  Exemple : 1 cm ↔ 0,1 m / s.

-  En conséquence si v3 ≈ 0,40 m / s,

-  Le segment fléché aura une longueur : ℓv3 = 4 cm.

Animation CabriJava (Tracé de vecteurs vitesses)

vecteur vitesse schéma

 

-  Caractéristiques du vecteur vitesse : vecteur vi

-  Le vecteur vitesse vecteur vi au point Mi possède 4 caractéristiques fondamentales :

-  1. Origine : Position occupée par le point mobile à l'instant ti (le point Mi).

-  2. Direction : Tangente à la trajectoire au point Mi.

-  Sur une chronophotographie, elle est parallèle à la droite passant par les points voisins (M(i-1)M(i+1)) ou issue du segment [MiM(i+1)].

-  3. Sens : Celui du mouvement à cet instant.

-  4. Norme (Valeur) : Valeur de la vitesse instantanée vi (exprimée en m .  s−1).

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3)- Qualification du mouvement selon le vecteur vitesse

Type de

variation

Nature de la trajectoire

Qualification

du mouvement

v augmente au

cours du temps

Ligne droite

(rectiligne)

Mouvement

rectiligne accéléré

v diminue au

cours du temps

Ligne droite

(rectiligne)

Mouvement

rectiligne décéléré (retardé)

v reste constante

au cours du temps

Cercle

(circulaire)

Mouvement

circulaire uniforme

 haut

4)- Le Vecteur Variation de Vitesse vecteuir variation

-  Définition vectorielle :

-  Définition :

-  Lors d'un mouvement, le vecteur vitesse vecteur v peut varier en valeur, en direction ou en sens.

-  Le vecteur variation de vitesse entre deux positions Mi et Mj (ou entre deux instants voisins ti et t(i+1) se note  :

-  FORMULE N° 3 — Vecteur variation de vitesse :

-  Formule vectorielle : relation

-  vecteur vi : vecteur vitesse à la position Mi

-  vecteur vi+1 : vecteur vitesse à la position suivante M(i+1)

-  D vi : vecteur variation de vitesse appliqué au point Mi (ou M(i+1) selon la convention du pointage)

 haut

5)- Méthode géométrique rigoureuse de tracé de vecteuir variation

-  MÉTHODE PAS À PAS — Construction graphique du vecteur D vi

-  1. Échelle des vitesses :

-  Choisir une échelle de représentation adaptée

-  (ex: 1 cm ↔ 0,1 m . s−1 ou 1 cm ↔ 1,0 m . s−1).

-  2. Tracé de vecteur vi :

-  À partir du point Mi, tracer le vecteur vecteur vi (longueur ℓ (vi) selon l'échelle,

-  tangent à la trajectoire, dans le sens du mouvement).

-  3. Tracé de vecteur vi+1 :

-  À partir du point M(i+1), tracer le vecteur vecteur vi+1.

-  4. Construction de la différence vectorielle relation au point d'étude :

-   Sélectionner le point d'étude (par exemple Mi ou M(i+1)).

-   À partir de ce point, tracer le vecteur vecteur vi+1 parallèle et de même longueur.

-   À l'extrémité du vecteur, adjoindre le vecteur opposé −vecteur vi  (même direction, même longueur, mais de SENS OPPOSÉ).

-   Le vecteur variation de vitesse D vi a pour origine le point d'étude et pour extrémité l'extrémité du vecteur −vecteur vi.

-  5. Mesure et conversion :

-  Mesurer la longueur ℓ (Δv) en cm à la règle, puis multiplier par l'échelle pour trouver la valeur réelle de Δv en m . s−1.

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6)- Cas d'étude fondamentaux du cours

-  Mouvement rectiligne accéléré

-  Expérience 1 - Mobile autoporteur tracté :

-  Les points sont alignés, la vitesse augmente.

-  Les vecteurs vecteur vitesse,vecteur vitesse et vecteur variation ont la même direction et le même sens.

enregistrement

enregistrement

enregistrement 

-  Mouvement circulaire uniforme

-  Expérience 2 - Mobile autoporteur retenu par un fil :

-  La valeur de la vitesse est constante, mais sa direction change à chaque instant.

-  Le vecteur D vi est dirigé vers le centre du cercle (vecteur centripète, orienté selon le fil de maintien).

 tracé

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7)- La Somme des Forces et la Deuxième Loi de Newton

-  ① Modélisation d'une action mécanique :

-  Vecteur force :

-  Une action mécanique exercée par l'extérieur sur le système est modélisée par une force  (segment fléché) caractérisée par :

-  son point d'application, sa direction (droite d'action), son sens et sa valeur (en newtons, N).

-  ② Contraposée et Réciproque du Principe d'Inertie :

-  Contraposée du Principe d'Inertie :

-  Lorsque, entre deux instants voisins, le vecteur vitesse vecteur v d'un système varie (en valeur ou en direction),

-  alors les forces extérieures appliquées au système ne se compensent pas (bilan forces).

-  Réciproque de la contraposée :

-  Réciproquement, si les forces qui s'exercent sur un système ne se compensent pas (bilan forces),

-  alors son vecteur vitesse vecteur v varie (mouvement non rectiligne uniforme et non immobile).

-  ③ Deuxième Loi de Newton (Relation approchée)

-  • Énoncé :

-  Dans un référentiel donné, pour un système de masse m constante soumis à une ou plusieurs forces,

-  la somme des vecteurs forces extérieures somme vecteur force et le vecteur variation de vitesse vecteuir variation pendant une durée très courte Δt sont reliés par :

-  FORMULE N° 4 — Deuxième loi de Newton (Relation approchée)

-  Relation vectorielle deuxième loi Newton : ou relation 

- somme vecteur force : somme vectorielle des forces extérieures (résultante des forces) en newtons (N)

-  m : masse du système en kilogrammes (kg)

- vecteuir variation : variation du vecteur vitesse en mètres par seconde (m . s−1)

-  Δt : intervalle de temps très court en secondes (s)

-  PROPRIÉTÉ ESSENTIELLE :

-  Les vecteurs somme vecteur force et vecteuir variation sont COLINÉAIRES, de MÊME DIRECTION et de MÊME SENS !

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8)- Rôle crucial de la masse (Inertie du système)

-  Influence de la masse m :

-  Plus la masse m d'un système est grande, plus son inertie est grande, et plus il est difficile de modifier son mouvement :

-  ① À variation de vitesse égale :

-  Pour obtenir une même variation de vitesse vecteuir variation sur une même durée Δt, il faut appliquer une force somme vecteur force d'autant plus grande que la masse est élevée.

-  ② À force égale :

-  Si on applique la même force somme vecteur force à deux systèmes de masses différentes (ex: m' = 2 m) pendant la même durée Δt,

-  le système le plus lourd subira une variation de vitesse deux fois plus petite (Δv' = Δv / 2).

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9)- Applications Pratiques et Exercices Référencés

-  Chute libre avec vitesse initiale (TP Parabille)

 mouvement parabolique

-  Étude chronophotographique :

-  Une balle de masse m est lancée avec une vitesse initiale faisant un angle α avec l'horizontale.

-  Bilan des forces :

-  Le système n'est soumis qu'à son propre poids vecteur P (vertical, vers le bas).

-  Les frottements de l'air sont négligés.

-  Conséquence vectorielle : sF = vecteur P

-  Puisque sF = vecteur P, le vecteur variation de vitesse vecteuir variation a une direction verticale, un sens vers le bas, et sa valeur reste constante au cours du mouvement

-  (Δv ≈ 0,38 m . s−1 sur le TP du cours).

-  Lors de la montée, la vitesse diminue ; lors de la descente, elle augmente.

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10)- Pièges, Erreurs à Éviter et Astuces Métier

-  ⚠️ ATTENTION AUX ERREURS COURANTES EN INTERRO :

-  1. PIÈGE DE L'ÉCHELLE D'ESPACE ET DE TEMPS :

-  Ne pas confondre la distance mesurée sur la feuille (en cm) et la distance réelle sur le terrain (en m).

-  Pensez à toujours appliquer l'échelle de reproduction avant d'effectuer la division par Δt !

-  2. PIÈGE DES UNITÉS :

-  La masse m DOIT être obligatoirement en kilogrammes (kg) dans la 2ème loi de Newton ! (deuxième loi Newton)

-  Si la masse est donnée en grammes (g), diviser par 1000.

-  3. ERREUR DE SENS DE −vecteur vi :

-  Lors de la construction de relation , l'erreur classique est d'ajouter +vecteur vi au lieu de soustraire −vecteur vi.

-  N'oubliez pas d'inverser le sens du vecteur −vecteur vi!

-  4. CONFUSION ENTRE vecteur v ET vecteuir variation :

-  Un système peut avoir une vitesse  horizontale (ex: lancer de projectile)

-  alors que sa variation de vitesse  est strictement verticale (orientée vers le bas, comme le poids ) !

-  5. ASTUCE VERIFICATION COLINÉARITÉ :

-  Vérifiez toujours à la fin de votre exercice que votre vecteur vecteuir variation tracé a exactement

-  la même direction et le même sens que le vecteur force résultante somme vecteur force!

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FICHE DE RÉVISION 03

CHAPITRE 12 : MOUVEMENTS D’UN SYSTÈME

Objectif : décrire le mouvement,

construire les vecteurs vitesse et variation de vitesse,

puis relier la variation du mouvement à la résultante des forces.

1)- Notions essentielles.

NOTION

À RETENIR

Système et

référentiel

Le système est l’objet étudié, souvent assimilé à un point matériel.

Tout mouvement est décrit dans un référentiel précisé ;

trajectoire et vitesse en dépendent.

Trajectoire

Ensemble des positions successives :

rectiligne, circulaire ou curviligne.

Vitesse

La vitesse moyenne concerne un trajet entier.

La vitesse instantanée décrit le mouvement à une date donnée.

Mouvement uniforme : valeur de la vitesse constante ;

accéléré : elle augmente ;

ralenti : elle diminue.

Vecteur

vitesse

Origine : position du mobile ;

direction : tangente à la trajectoire ;

sens : celui du mouvement ;

norme : valeur de la vitesse.

Variation

de vitesse

Un vecteur vitesse varie si sa valeur, sa direction ou son sens change.

Ainsi, en mouvement circulaire uniforme, la valeur reste constante

mais le vecteur vitesse varie.

Forces

Une force modélise une action mécanique.

Elle possède un point d’application,

une direction, un sens et une valeur en newtons.

La somme vectorielle des forces extérieures est la résultante.

Lien forces–

mouvement

Si le vecteur vitesse varie, les forces ne se compensent pas.

Pour une masse constante et un intervalle court,

la résultante et la variation de vitesse ont même direction et même sens.

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2)- FORMULES FONDAMENTALES ET UNITÉS

RELATION

GRANDEURS

UNITÉS SI

USAGE

vmoy = d / Δt

v en m·s−1 ;

d en m ;

Δt en s

Vitesse moyenne sur un parcours.

vi ≈ Mi−1Mi+1 / (2τ)

distance en m ;

τ en s ;

v en m·s−1

Estimation centrée de la vitesse

à partir d’un pointage

à pas de temps constant.

 vecteur variation vitesse

Δv et v en m·s−1

Soustraction vectorielle :

construire vecteur vf + (−vecteur vi).

 deuxième loi Newton

F en N ;

m en kg ;

Δv en m·s−1 ;

Δt en s

Deuxième loi de Newton

sous forme approchée

sur un intervalle court.

P = m . g

P en N ;

m en kg ;

g ≈ 9,81 N·kg−1

Poids d’un système près

de la surface terrestre.

v = √(vx2 + vy2)

v, vx, vy en m·s−1

Valeur de la vitesse à partir

de ses composantes.

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3)- MÉTHODE — RÉUSSIR UN EXERCICE

-  Définir le système, le référentiel et l’intervalle de temps étudié.

-  Observer la chronophotographie :

-  points alignés ou courbes ? espacements constants, croissants ou décroissants ?

-  Convertir avant tout calcul : ms → s, cm → m, g → kg.

-  Calculer une vitesse :

-  utiliser de préférence la méthode centrée autour du point demandé ;

-  écrire la formule, remplacer avec unités,

-  calculer, puis arrondir raisonnablement.

-  Tracer le vecteur vitesse :

-  placer l’origine au point étudié, tracer la tangente, orienter dans le sens du mouvement, puis appliquer l’échelle.

-  Construire vecteuir variation : vecteur variation vitesse

-  translater les deux vecteurs vitesse à une même origine sans les tourner ;

-  tracer de l’extrémité de vecteur vi vers l’extrémité de vecteur vf.

-  Faire le bilan des forces :

-  identifier les interactions extérieures seulement, représenter chaque force puis déterminer somme vecteur force.

-  Conclure :

-  comparer direction et sens de vecteuir variation et de somme vecteur force puis qualifier le mouvement.

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4)- ASTUCES, ERREURS ET PIÈGES À ÉVITER

ASTUCES

PIÈGES

À intervalles égaux, l’écartement des points

permet de lire l’évolution

de la valeur de la vitesse.

Confondre trajectoire rectiligne

et mouvement uniforme :

« rectiligne » décrit la forme ;

« uniforme » décrit la valeur de la vitesse.

Dans un mouvement circulaire uniforme,

vecteuir variation est dirigé vers l’intérieur de la courbure.

Dire que parce que dv vecteur nul

les deux vitesses ont la même valeur :

leurs directions peuvent être différentes.

Une grande masse implique

une plus faible variation de vitesse

pour une même résultante

et une même durée.

Soustraire seulement les valeurs :

Δv est un vecteur,

pas une simple différence de normes.

Écrire systématiquement

les quatre caractéristiques d’un vecteur

évite les tracés incomplets.

Oublier le référentiel,

l’échelle graphique ou les conversions d’unités.

Contrôle d’unités :

kg × (m · s−1) / s = kg · m · s−2 = N.

Croire que bilan des forces impose l’immobilité :

un mouvement rectiligne uniforme est aussi possible.

 

-  Mini-bilan express :

-  Je sais distinguer vitesse moyenne et instantanée ;

-   caractériser et tracer un vecteur vitesse ;

-  construire vecteuir variation ;

-  effectuer un bilan des forces ;

-  utiliser deuxième loi Newton;

-  interpréter le rôle de la masse ;

-  justifier un mouvement rectiligne, circulaire, uniforme, accéléré ou ralenti.

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5)- MÉMO EXPRESS — MOUVEMENTS D’UN SYSTÈME

JE REPÈRE

JE CALCULE

JE TRACE

Trajectoire :

rectiligne,

circulaire ou curviligne.

Espacements :

constants → uniforme ;

croissants → accéléré ;

décroissants → ralenti.

vmoy = d / Δt

vi ≈ Mi−1Mi+1 / (2τ)

Unités : m, s, m · s−1.

Vecteur vitesse :

origine au point ;

 tangente à la trajectoire ;

 sens du mouvement ;

longueur selon l’échelle.

 relation

si la valeur,

la direction

ou le sens

de vecteur v change.

 vecteur variation vitesse

 deuxième loi Newton

P = m . g, avec

g ≈ 9,81 N·kg−1.

Résultat clé :

vecteuir variation et somme vecteur force

ont même direction

et même sens.

Si bilan des forces :

repos

ou mouvement rectiligne uniforme.

CONVERSIONS FLASH

ms ÷ 1000 → s ;

cm ÷ 100 → m ;

g ÷ 1000 → kg.

RÉFLEXE EXERCICE

Système

→ référentiel

→ observations

→ conversions

→ formule

→ unités

→ conclusion.

CAS À SAVOIR

Mouvement circulaire uniforme :

la norme de v est constante,

mais sa direction change ;

donc relation.

-  PIÈGES EXPRESS :

-  ne pas confondre trajectoire rectiligne et mouvement uniforme ;

-  ne pas soustraire seulement les valeurs des vitesses ;

-  ne jamais oublier le référentiel, les conversions et l’échelle graphique.

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6)- CARTE MENTALE — L’ESSENTIEL EN UN COUP D’ŒIL

carte mentale​

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