6ᵉ · Sciences et technologie · Matière, mouvement, énergie et signaux
Décrire le mouvement d'un objet, c'est d'abord indiquer le chemin qu'il suit : c'est ce qu'on appelle sa trajectoire.
• Trajectoire rectiligne : le chemin est une droite (une bille qui roule sur une règle).
• Trajectoire circulaire : le chemin est un cercle (une nacelle sur une grande roue).
Un objet peut être immobile ou en mouvement selon l'endroit d'où on le regarde. Cet endroit qu'on choisit comme repère fixe s'appelle le référentiel.
Un passager assis dans un bus est immobile par rapport au bus, mais en mouvement par rapport au trottoir. On dit que le mouvement dépend du point de vue : il faut toujours préciser « par rapport à quoi ».
La vitesse indique si un objet va vite ou lentement. Plus un objet parcourt une grande distance en peu de temps, plus il est rapide. On la calcule en divisant la distance parcourue par la durée du parcours :
On l'écrit souvent v = d / t.
• En kilomètres par heure (km/h) : c'est l'unité du compteur d'une voiture.
• En mètres par seconde (m/s) : c'est l'unité utilisée en sciences.
Avant de rentrer dans le cours, voyons à quoi sert ce chapitre. Décrire un mouvement, c'est répondre à des questions toutes simples : quel chemin suit un objet, et va-t-il vite ou lentement ? Dans les transports, le GPS d'une voiture calcule sans arrêt ta vitesse et ta position pour t'annoncer l'heure d'arrivée.
Dans le sport, un entraîneur mesure la vitesse d'un sprinteur ou d'un nageur pour l'aider à progresser. Sur la route, les radars mesurent la vitesse des voitures pour la sécurité : plus on roule vite, plus la distance pour s'arrêter est longue. Dans tous ces exemples, on fait la même chose : on suit un objet et on note ses positions au fil du temps.
Regarde l'animation : un mobile qui laisse des traces à intervalles réguliers, c'est exactement ce que fait une caméra de sport pour étudier un geste.
Commençons par décrire le chemin suivi par un objet. Ce chemin s'appelle la trajectoire : c'est la suite des positions occupées par l'objet au cours du temps. On classe les trajectoires selon leur forme.
Si le chemin est une droite, la trajectoire est rectiligne : par exemple une bille qui roule tout droit sur une règle. Si le chemin est un cercle, la trajectoire est circulaire : par exemple une nacelle sur une grande roue de fête foraine, ou le bout d'une aiguille d'horloge. Pour reconnaître une trajectoire, imagine que l'objet laisse une trace derrière lui, comme la traînée blanche d'un avion dans le ciel : si la trace est une droite, c'est rectiligne ; si c'est un cercle, c'est circulaire.
Voici une idée très importante : le mouvement dépend de l'endroit d'où on regarde. Un même objet peut être immobile ou en mouvement selon le repère que l'on choisit. Ce repère fixe s'appelle le référentiel.
Prenons un exemple. Un passager est assis dans un bus qui roule. Par rapport au bus, ce passager est immobile : il ne change pas de place sur son siège.
Mais par rapport au trottoir, ce même passager est en mouvement, puisqu'il avance avec le bus. Le passager est donc à la fois immobile et en mouvement : tout dépend du point de vue. Ce n'est pas une contradiction.
Retiens bien la règle : on ne peut jamais dire qu'un objet bouge sans préciser par rapport à quoi.
Parlons maintenant de la vitesse. La vitesse dit si un objet va vite ou lentement. Un guépard est rapide, un escargot est lent.
Mais comment comparer précisément ? On regarde la distance parcourue et le temps mis pour la parcourir. Un objet est d'autant plus rapide qu'il parcourt une grande distance en peu de temps.
Deux coureurs partent ensemble : au bout de dix secondes, celui qui est le plus loin est le plus rapide. Et si deux coureurs arrivent au même endroit, le plus rapide est celui qui a mis le moins de temps. La vitesse relie donc toujours deux choses : une distance et une durée.
Voyons maintenant comment chiffrer la vitesse. On la calcule en divisant la distance parcourue par la durée mise pour la parcourir. On écrit : v égale d divisé par t, c'est-à-dire vitesse égale distance divisée par durée.
Attention à ne pas inverser : c'est bien la distance divisée par la durée, jamais l'inverse. Par exemple, si un coureur parcourt cent mètres en vingt secondes, sa vitesse vaut cent divisé par vingt, soit cinq mètres par seconde. Si les mètres sont divisés par des secondes, la vitesse est en mètres par seconde.
Plus la distance parcourue est grande dans le même temps, plus la vitesse est grande. Et pour la même distance, plus on met de temps, plus la vitesse est petite.
Une vitesse se mesure toujours avec une unité. Dans la vie courante, on parle de kilomètres par heure : le compteur d'une voiture affiche des kilomètres par heure, on dit qu'elle roule à cinquante. Un kilomètre par heure, c'est parcourir un kilomètre en une heure.
En sciences, on utilise plutôt les mètres par seconde : un mètre par seconde, c'est parcourir un mètre en une seconde. Les deux unités disent la même chose, la rapidité, mais avec des distances et des temps différents. Garde en tête quelques repères utiles : un piéton marche à environ cinq kilomètres par heure, un cycliste roule à vingt, une voiture en ville à cinquante.
Ces ordres de grandeur t'aideront à vérifier qu'un résultat n'est pas absurde.
12 des 32 questions de ce chapitre. Les réponses, et les explications de chacune, sont dans l'application.