Savoir s'étonner à propos est le premier pas fait sur la route de la découverte.
Louis Pasteur
Pour étudier des mouvements, nous allons utiliser des chronophotographies. Il s'agit de séries de photos prises à intervalles de temps réguliers qui permettent d'évaluer la distance parcourue entre deux positions et d'en déduire une vitesse moyenne.
Mouvement d'un vélo
La mesure sur l'écran n'est pas très facile : il faut mesurer la distance entre deux positions successives. Les distances ont l'air régulières, on peut les estimer à d=3,2 cm.
Selon l'échelle donnée, cela correspond à d = 3,2 x 4 = 12,8 m.
Nous reste à calculer la vitesse : v = d/dt = 12,8/2 = 6,4 m/s.
Le vélo décrit un mouvement à vitesse constante, on dit que ce mouvement est uniforme.
calcul de vitesse 1 (www.pccl.fr)
calcul de vitesse 2 (www.pccl.fr)
calcul de vitesse 3 (www.pccl.fr)
Mouvement d'un pick-up
Cette fois ci la distance parcourue n'est pas régulière. Regroupons nos mesures dans un tableau.
| d (cm) | 1,1 | 2,9 | 4,9 | 6,9 |
| d (m) | 11 | 29 | 49 | 69 |
| v (m/s) | 5,5 | 14,5 | 24,5 | 34,5 |
Nous voyons ici que la vitesse augmente. Ce mouvement est accéléré.
Lorsque la vitesse diminue, on dit que le mouvement est ralenti ou décéléré. (on peut également dire que c'est un mouvement accéléré, avec une accélération négative...)
En vidéo sur la chaine Youtube "e-profs - Physique Chime"
Passer la souris sur les icônes à côté des noms pour voir s'afficher les notes ;)
(attention, il vaut mieux "arriver par au-dessus" pour que la note s'affiche correctement...)
Si un objet A exerce une force sur un objet B, alors l'objet B exercera une force en retour sur l'objet A, de même direction, de même intensité mais de sens opposé.
On peut alors écrire : FB→A = -FA→B
(= troisième loi de Newton)
expérience virtuelle (www.pccl.fr)
Principe de la propulsion par réaction
Le principe de propulsion d'une fusée (ou d'un avion à réaction) est d'éjecter de grande quantités de gaz (produits par la combustion de carburant) afin que ce gaz exerce en retour une force opposée. Dans l'espace, c'est le seul moyen d'influer sur le mouvement...
Selon le principe d'interaction, si un objet exerce une pression sur le sol, le sol exerce en retour une force opposée sur l'objet. Les forces qui s'exercent sur l'objet sont donc son poids et la réaction du sol.
Si ces deux forces se compensent, on dit que l'objet est en équilibre : il ne bouge pas (ou se trouve en translation uniforme selon le référentiel dans lequel on l'observe). (situation la plus courante)
Cas où ces forces ne s'équilibreraient pas :
- sur un sol "mou" (neige, sables mouvants...) l'objet va s'enfoncer jusqu'à ce que la pression exercée par le sol s'équilibre avec la pression exercée par l'objet sur le sol.
- sur la toile tendue d'un trampoling, lorsqu'on lâche la toile, l'objet est propulsé vers le haut.
Un peu plus loin
(vers la deuxième loi de Newton dite "Principe fondamental de la dynamique" - hors programme)
On vient de voir que si les forces qui s'exercent sur un objet ne s'équilibrent pas, il se met en mouvement. Cela veut dire qu'il subit une accélération.
On peut graphiquement représenter la somme des forces qui s'exercent sur un objet en plaçant bout à bout les segments orientés (vecteurs) qui les représentent. Si ce tracé revient au point de départ, l'objet est en équilibre (on dit que la somme des forces est nulle). Si ce tracé ne se ferme pas, la différence entre le point de départ et le point d'arrivé sera proportionnelle à l'accélération subie.
Un équilibre surprenant : le Levitron
Les actions mécaniques peuvent se caractériser par :
- leur point d'application (ou le centre de la surface ou du volume d'un corps dans le cas d'une force répartie),
- leur direction (droite selon laquelle s'exerce l'action),
- leur sens (orientation sur la droite),
- et leur intensité.
On parle de forces exercées par un objet A sur un objet B. Une force peut se représenter par un vecteur (segment orienté qu'on représente par une flèche) de même direction et sens que la force, de norme (longueur) proportionnelle à l'intensité de cette force et qu'on représentera à partir du point d'application de la force (ou du centre de la surface sur laquelle s'exerce la force si celle-ci est répartie).
Exemples
- Force éxercée par un clou sur un mur (action de contact, localisée)
- Poids d'un objet (force éxercée par l'attraction de la Terre sur l'objet - action à distance, répartie)
En vidéo par un collègue de lycée sur sa chaine Youtube "ProfScphy"(Regarder au moins les 10 premières minutes !) |
Ou encore ici par un autre collègue |
L’intensité d’une force s’exprime en Newton (N) et se mesure à l’aide d’un dynamomètre (ressort étaloné qui permet de mesurer la force avec laquelle on tire dessus).
Description d'un dynamomètre par M Mirleau