Chapitre

Rappels

Un mouvement est caractérisé par une trajectoire et par la ou les valeurs de la vitesse. La vitesse est une grandeur qui indique quelle distance a été parcourue chaque seconde ou chaque minute ou chaque heure, par exemple, c'est-à-dire qu'il s'agit d'une distance par unité de temps.
L'unité légale des distances est le mètre (symbole m) et celle des durées est la seconde (symbole s). Ainsi, l'unité légale de la vitesse est le mètre par seconde (symbole m/s ou m·s^-1).

Il est possible d'exprimer la valeur d'une vitesse à l'aide d'autres unités, comme les km/h. Il faut alors réaliser une conversion :
1 km = 1 000 m et 1 h = 60 min = 3 600 s.

Mouvement de qui ? Depuis quel poste d'observation ?

Dans notre quotidien, le mouvement est partout : le bus qui conduit au lycée, le piéton qui remonte le trottoir, la trottinette électrique qui nous dépasse à 30 km/h, la course du Soleil dans le ciel, le déplacement des étoiles sur la voie du ciel, ...

Si vous accompagnez un enfant dans un manège, vous le verrez monter et descendre à côté de vous dans son avion électrique. Mais si vous restez sur la terre ferme à l'attendre, vous le verrez monter et descendre, mais également tourner. Tout dépend du point de vue adopté, ou du poste d'observation. Alors pour s'entendre sur la description d'un même mouvement, il faut d'abord préciser la référence choisie : dans le manège ou hors du manège. On parle de référentiel. Selon le point de vue choisi, on fait une description différente du mouvement : on dit que le mouvement est relatif.

Dans nos quotidiens, tous les points de vue qu'on adopte sont des points à la surface de la Terre, donc des référentiels terrestres. Mais dans le cas d'un satellite météo qui tourne autour du centre de la Terre, mieux vaut s'imaginer qu'on est assis au centre de la Terre, la description du mouvement sera plus simple : on adopte alors le référentiel géocentrique.

Encore plus loin : pour décrire le mouvement d'une planète comme Jupiter, il est plus simple de se placer au centre du Soleil, car elle tourne autour de lui. On parle alors de référentiel héliocentrique.

Une fois définis le système -l'objet de l'étude- et le référentiel de l'étude, comment décrire le mouvement observé ?

Description d'un mouvement

Dire qu'un objet est en mouvement, c'est dire qu'il se déplace : il ne se trouve pas au même endroit quand le temps s'écoule. Sa trajectoire désigne alors l'ensemble des points de l'espace par lesquels le système passe au cours de son mouvement. Pour décrire cette trajectoire, on emploie un adjectif qualificatif selon la forme observée : rectiligne, circulaire, curviligne (en forme de courbe), etc.

L'appareil-photo, configuré en exposition longue, enregistre le chemin suivi par le missile et permet d'observer sa trajectoire.

La gomme des pneus d'une voiture déposée sur le bitume permet d'observer la trajectoire de chaque roue.

Décrire un mouvement, c'est décrire le chemin suivi, mais aussi indiquer dans quel intervalle de temps ce chemin a été parcouru : il faut alors qualifier la vitesse du système. La vitesse mesure le déplacement du système par unité de temps. C'est le rapport entre la distance parcourue et la durée du parcours. Dans la vie courante, la valeur de la vitesse se mesure en km/h, mais on peut également l'exprimer en m/s.
Dans le cas où le système se déplace avec une vitesse de valeur constante, on parle de mouvement uniforme. S'il va de plus en plus vite, le mouvement est accéléré. Inversement, s'il va de moins en moins vite, le mouvement est ralenti ou encore décéléré.

Comment déterminer, en enregistrant le mouvement d'un système, la valeur de sa vitesse, et s'il accélère ou non ?

Chronophotographie du mouvement d'une balle lors de ses rebonds successifs sur le sol.

Sur la figure qui superpose les différentes positions d'une balle rebondissante au cours du temps, on observe parfois que les points sont resserés, et parfois plus éloignés deux à deux.
Si, dans un même intervalle de temps qui sépare deux photos, la balle a pu se déplacer d'une grande distance, c'est qu'elle avait alors une grande vitesse. Inversement, si elle n'a pu se déplacer que d'une petite distance, c'est que la valeur de sa vitesse était petite.
La valeur de la vitesse peut donc être calculée en mesurant la distance parcourue par le système compte tenu de la durée qui sépare deux photographies successives.

Le vecteur vitesse

En somme, décrire un mouvement, c'est indiquer la trajectoire et la valeur de la vitesse. Ces deux informations peuvent être indiquées par un outil unique : le vecteur-vitesse. En un point donné du mouvement, le vecteur-vitesse se représente à l'aide d'une flèche :

le début de la flèche indique le point étudié du mouvement du système ;
la droite sur laquelle on trace la flèche indique la direction du mouvement ;
le chevron qu'on dessine au bout de la flèche indique le sens du mouvement ;
la longueur de la flèche est proportionnelle à la valeur de la vitesse du système.

Vidéo qui explique comment représenter le vecteur-vitesse d'un système en mouvement.

Sur la photographie du décollage de la fusée, comment représenterait-on le vecteur-vitesse de la fusée ?