Mouvement et interactions (thème du cycle 4)
Physique-chimie · 4e
L’essentiel
AVERTISSEMENT HONNÊTE : ce thème est celui du cycle 4 entier ; l'ordre et la répartition entre 5e, 4e et 3e dépendent de ton collège. Il n'existe pas de découpage annuel officiel.
DÉCRIRE UN MOUVEMENT. Un mouvement se décrit toujours PAR RAPPORT À un objet de référence, le RÉFÉRENTIEL. Assis dans un train, tu es immobile par rapport au wagon et en mouvement par rapport au quai. Les deux descriptions sont vraies. La TRAJECTOIRE est la ligne suivie par l'objet : rectiligne (une droite), circulaire (un cercle), curviligne (une courbe quelconque). La VITESSE est le quotient de la distance parcourue par la durée : v = d ÷ t, en mètres par seconde (m/s) ou en kilomètres par heure (km/h), avec 1 m/s = 3,6 km/h. Un mouvement est UNIFORME si la vitesse ne change pas, ACCÉLÉRÉ si elle augmente, RALENTI (ou décéléré) si elle diminue. Une chronophotographie, qui superpose des images prises à intervalles réguliers, montre tout cela d'un coup d'œil : des positions régulièrement espacées signalent un mouvement uniforme, des positions qui s'écartent, une accélération.
LES INTERACTIONS. Un objet ne change pas de mouvement tout seul : il faut qu'un autre objet agisse sur lui. On parle d'INTERACTION, et elle est toujours réciproque : si la raquette pousse la balle, la balle pousse la raquette. Il y a des interactions DE CONTACT (la main qui pousse, le sol qui soutient, l'air qui freine) et des interactions À DISTANCE (la Terre qui attire la pomme, l'aimant qui attire le clou, les charges électriques qui s'attirent ou se repoussent). Pour s'y retrouver, on dresse un DIAGRAMME OBJET-INTERACTIONS : l'objet au centre, et autour de lui tout ce qui agit sur lui.
LES FORCES. Une interaction se modélise par une FORCE, représentée par une flèche qui indique son point d'application, sa direction, son sens et sa valeur en NEWTONS (N). Une force peut mettre un objet en mouvement, l'arrêter, le dévier ou le déformer. 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.
LA GRAVITATION ET LE POIDS. Tous les corps qui ont une masse s'attirent : c'est la GRAVITATION UNIVERSELLE, décrite par Newton en 1687. Elle retient la Lune autour de la Terre et la Terre autour du Soleil, et elle fait tomber les objets. Le POIDS d'un objet est la force d'attraction que la Terre exerce sur lui : il est dirigé vers le centre de la Terre, et sa valeur se calcule par P = m × g, où m est la masse en kilogrammes et g l'intensité de la pesanteur, environ 9,8 N/kg sur Terre (on arrondit souvent à 10). Un objet de 5 kg a un poids d'environ 49 N. La MASSE ne change pas quand on change de lieu ; le POIDS, si : sur la Lune, g vaut environ 1,6 N/kg, et le même objet y pèse six fois moins, tout en gardant sa masse de 5 kg. Ne pas confondre : la masse se mesure avec une balance et s'exprime en kg ; le poids se mesure avec un dynamomètre et s'exprime en N.
Repères
| Date | Événement |
|---|---|
| Programme | écrit pour tout le cycle 4 : l’ordre des notions dépend du collège |
| v = d ÷ t | vitesse = distance parcourue divisée par la durée ; 1 m/s = 3,6 km/h |
| 1687 | Newton publie la loi de la gravitation universelle |
| P = m × g | poids (en N) = masse (en kg) × intensité de la pesanteur ; g ≈ 9,8 N/kg sur Terre, ≈ 1,6 N/kg sur la Lune |
| Newton (N) | unité de force ; le kilogramme est l’unité de masse |
Questions corrigées
1. Un passager assis dans un train qui roule est-il en mouvement ?
Réponse : Cela dépend du référentiel : immobile par rapport au wagon, en mouvement par rapport au quai
Tout mouvement se décrit par rapport à un référentiel. Les deux réponses sont justes, chacune dans son référentiel. C'est pour cela qu'on doit toujours préciser « par rapport à quoi ».
2. Sur une chronophotographie, les positions successives d'une balle sont de plus en plus espacées. Que peut-on dire de son mouvement ?
Réponse : Il est accéléré : la balle parcourt plus de distance à chaque intervalle de temps
Les images sont prises à intervalles de temps égaux. Si les distances entre positions augmentent, la vitesse augmente : mouvement accéléré. Espacement constant : uniforme. Espacement qui diminue : ralenti.
3. Quelle est la différence entre une interaction de contact et une interaction à distance ?
Réponse : L'interaction de contact exige que les objets se touchent (main, sol, air) ; l'interaction à distance agit sans contact (gravitation, aimant, charges électriques)
La Terre attire la pomme sans la toucher : interaction à distance. La table soutient le livre en le touchant : interaction de contact. L'air qui freine un parachute est aussi une interaction de contact.
4. Comment représente-t-on une force ?
Réponse : Par une flèche qui indique son point d'application, sa direction, son sens et sa valeur en newtons
La flèche part du point où la force s'applique, pointe dans le sens de l'action, et sa longueur est proportionnelle à la valeur de la force. L'unité est le newton (N).
5. Quelle est la relation entre le poids P, la masse m et l'intensité de la pesanteur g ?
Réponse : P = m × g
Le poids en newtons est le produit de la masse en kilogrammes par g. Sur Terre, g ≈ 9,8 N/kg : un objet de 1 kg pèse environ 9,8 N.
6. Un astronaute emporte un objet de 6 kg sur la Lune, où g vaut environ 1,6 N/kg. Qu'est-ce qui change ?
Réponse : Sa masse reste 6 kg, son poids passe d'environ 59 N à environ 10 N
La masse est une quantité de matière : elle ne dépend pas du lieu. Le poids est l'attraction exercée par l'astre : sur la Lune, g est six fois plus faible, donc le poids aussi. 6 × 9,8 ≈ 59 N sur Terre, 6 × 1,6 ≈ 10 N sur la Lune.
7. Avec quel instrument mesure-t-on un poids ?
Réponse : Un dynamomètre, gradué en newtons
La balance mesure une masse (en kg), le dynamomètre mesure une force (en N) grâce à l'allongement d'un ressort. Le langage courant confond les deux, la physique les distingue.
S’entraîner
Des exercices neufs à chaque séance, avec correction, sur l’application du 4e (elle fonctionne sans connexion).
Ouvrir cette notion dans le cahier de 4e