Mouvement et interactions
Physique-chimie · 3e
L’essentiel
Ce thème est l'un des quatre du cycle 4 en physique-chimie ; l'ordre dans lequel ton collège l'aborde, et ce qui en est repris en 3e, dépend de l'établissement : les programmes sont écrits pour le cycle entier, pas année par année.
Décrire un mouvement. Un mouvement se décrit toujours par rapport à un référentiel : assis dans un train, tu es immobile par rapport au wagon mais en mouvement par rapport au quai. La trajectoire est la ligne suivie par l'objet : rectiligne, circulaire ou curviligne (quelconque). La vitesse indique comment la trajectoire est parcourue : mouvement uniforme si la vitesse est constante, accéléré si elle augmente, ralenti si elle diminue.
Vitesse. v = d / t, distance parcourue divisée par la durée. En unités du système international, la distance est en mètres, la durée en secondes, la vitesse en m/s. Conversion à connaître : 1 m/s = 3,6 km/h ; pour passer des km/h aux m/s, on divise par 3,6. Une vitesse de 90 km/h vaut 25 m/s. Erreur fréquente : mélanger les unités dans la formule, par exemple des kilomètres avec des secondes, ou écrire 1 h 30 min comme 1,30 h au lieu de 1,5 h. On raisonne aussi dans l'autre sens : d = v × t et t = d / v.
Actions mécaniques et forces. Une action mécanique peut mettre un objet en mouvement, le ralentir, le dévier ou le déformer. Elle est de contact (une main qui pousse, le sol qui soutient, les frottements de l'air) ou à distance (la gravitation, l'aimant). On la modélise par une force, représentée par une flèche qui précise quatre caractéristiques : le point d'application, la direction, le sens et la valeur. La valeur d'une force se mesure en newtons (N) avec un dynamomètre. Si les forces qui s'exercent sur un objet se compensent, son mouvement ne change pas : il reste immobile ou garde une vitesse constante en ligne droite. Un objet lâché tombe parce que son poids n'est pas compensé.
Poids et masse. La masse, en kilogrammes, mesure la quantité de matière d'un objet ; elle ne change pas quand on change de lieu. Le poids est la force d'attraction exercée par la Terre (ou un autre astre) sur l'objet ; il se mesure en newtons et dépend du lieu. Relation : P = m × g, avec g l'intensité de la pesanteur, environ 9,8 N/kg à la surface de la Terre (souvent arrondie à 10 N/kg) et environ 1,6 N/kg sur la Lune. Un sac de 2 kg pèse donc environ 20 N sur Terre et un peu plus de 3 N sur la Lune, tout en gardant une masse de 2 kg. Erreur classique : dire « je pèse 60 kg » ; en physique, 60 kg est une masse, le poids correspondant vaut environ 600 N.
Gravitation. La gravitation est une interaction attractive entre tous les objets qui ont une masse. Elle dépend des masses des deux objets et diminue quand la distance augmente. C'est elle qui maintient la Lune en orbite autour de la Terre et les planètes autour du Soleil : la Lune ne tombe pas sur la Terre parce qu'elle avance, mais sa trajectoire est courbée en permanence par l'attraction terrestre.
Repères
| Date | Événement |
|---|---|
| Vitesse | v = d / t, en m/s ; 1 m/s = 3,6 km/h |
| Référentiel | objet par rapport auquel on décrit le mouvement ; le mouvement en dépend |
| Force | quatre caractéristiques : point d'application, direction, sens, valeur en newtons (N) |
| Poids | P = m × g ; g ≈ 9,8 N/kg sur Terre, ≈ 1,6 N/kg sur la Lune |
| Masse | en kg, mesure la quantité de matière ; identique en tout lieu |
| Forces qui se compensent | le mouvement ne change pas : immobile ou rectiligne uniforme |
| Gravitation | attraction entre tous les corps ayant une masse ; croît avec les masses, décroît avec la distance |
Questions corrigées
1. Un cycliste parcourt 36 km en 1 h 30 min. Quelle est sa vitesse moyenne ?
Réponse : 24 km/h
1 h 30 min = 1,5 h (et non 1,30 h). v = 36 / 1,5 = 24 km/h. L'erreur 27,7 vient de la division par 1,3.
2. Une voiture roule à 72 km/h. Quelle est sa vitesse en m/s ?
Réponse : 20 m/s
72 km/h = 72 000 m / 3 600 s = 20 m/s. On divise par 3,6 pour passer des km/h aux m/s ; multiplier donnerait 259, c'est le sens inverse.
3. Un élève a une masse de 50 kg. Avec g = 10 N/kg, quel est son poids sur Terre ?
Réponse : 500 N
P = m × g = 50 × 10 = 500 N. Le poids est une force, en newtons ; 50 kg est la masse, pas le poids.
4. On emporte un objet de la Terre sur la Lune. Que deviennent sa masse et son poids ?
Réponse : Même masse, poids plus faible
La masse ne dépend pas du lieu. Le poids dépend de g, qui vaut environ 1,6 N/kg sur la Lune contre 9,8 N/kg sur Terre : il est donc environ six fois plus faible.
5. Les forces qui s'exercent sur un vélo se compensent exactement. Que fait le vélo ?
Réponse : Il garde une vitesse constante en ligne droite, ou reste immobile
Quand les forces se compensent, le mouvement ne change pas. Un vélo qui ralentit sur le plat subit des frottements qui ne sont pas compensés.
6. Un passager est assis dans un bus qui roule. Par rapport à quel référentiel est-il immobile ?
Réponse : Son siège
Le passager ne bouge pas par rapport au bus (et donc à son siège). Par rapport à la route, aux arbres ou au piéton, il se déplace à la vitesse du bus.
7. Avec quel instrument mesure-t-on la valeur d'une force ?
Réponse : Un dynamomètre
Le dynamomètre donne une valeur en newtons. La balance mesure une masse en kilogrammes ; elle ne donne le poids qu'indirectement, par P = m × g.
8. Pourquoi la Lune reste-t-elle en orbite autour de la Terre ?
Réponse : L'attraction terrestre courbe en permanence sa trajectoire
La Lune avance et la gravitation la dévie sans cesse vers la Terre : sa trajectoire devient une orbite. Sans cette attraction, elle partirait en ligne droite.
S’entraîner
Des exercices neufs à chaque séance, avec correction, sur l’application du 3e (elle fonctionne sans connexion).
Ouvrir cette notion dans le cahier de 3e