Chapitre 6 : Exercices - Introduction à la vitesse et au mouvement

Chapitre 6 : Exercices - Introduction à la vitesse et au mouvement

Exercice 1 : Analyse des trajectoires du quotidien

Plusieurs systèmes mécaniques en mouvement sont observés au laboratoire ou dans l’environnement quotidien :

• Système 1 : Une bille d’acier lâchée sans vitesse initiale qui tombe verticalement dans une éprouvette d’huile.
• Système 2 : Une cabine de la grande roue de Paris en fonctionnement normal.
• Système 3 : Un ballon de football frappé par un joueur, décrivant un lob au-dessus du gardien de but.

1. Définir le terme scientifique “trajectoire”.
2. Associer chacun des trois systèmes à la nature géométrique de sa trajectoire (rectiligne, circulaire ou curviligne).
3. Donner un autre exemple de mouvement de la vie courante dont la trajectoire est rectiligne.

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Exercice 2 : Entraînement aux calculs de vitesse moyenne

Pour chaque situation, réaliser le calcul demandé en détaillant les étapes (formule littérale, application numérique avec les unités, et phrase de conclusion).

1. Situation A (Le sprinteur) : Un athlète parcourt une distance $d = 100\ \text{m}$ en ligne droite en une durée $t = 10\ \text{s}$. Calculer sa vitesse moyenne en mètres par seconde ($\text{m/s}$).
2. Situation B (L’automobiliste) : Une voiture circule sur une autoroute et parcourt une distance $d = 260\ \text{km}$ en une durée $t = 2\ \text{h}$. Calculer sa vitesse moyenne en kilomètres par heure ($\text{km/h}$).
3. Situation C (Le défi de conversion) : Convertir la vitesse de la voiture de la situation B ($\text{km/h}$) en mètres par seconde ($\text{m/s}$) en utilisant la méthode du cours.

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Exercice 3 : Interprétation du rythme d’un mouvement

Un cycliste effectue un entraînement sur une piste. Un système de chronophotographie enregistre sa position à intervalles de temps réguliers (toutes les secondes). Le parcours se décompose en trois phases distinctes :

• Phase 1 : Les espaces entre les positions successives du cycliste sont de plus en plus grands.
• Phase 2 : Les espaces entre les positions successives restent rigoureusement identiques.
• Phase 3 : Les espaces entre les positions successives deviennent de plus en plus petits à l’approche de la ligne d’arrivée.

1. Indiquer pour chaque phase si la valeur de la vitesse augmente, diminue ou reste constante.
2. En déduire la nature du mouvement pour chaque phase en choisissant parmi les termes : accéléré, uniforme, ralenti.

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Exercice 4 : Étude de cas - La relativité du mouvement

Un bus scolaire roule à vitesse constante sur une avenue en direction du collège. Le passager Maxime est assis immobile sur son siège. Une piétonne, Sarah, attend sur le trottoir pour traverser la rue et regarde passer le bus.

1. Définir la notion de “référentiel”.
2. Quel est l’état de mouvement (immobile ou en mouvement) de Maxime par rapport au référentiel du bus ? Justifier.
3. Quel est l’état de mouvement de Maxime par rapport au référentiel terrestre (le trottoir où se trouve Sarah) ? Justifier.
4. Quel mot de vocabulaire du cours résume le fait que le mouvement d’un objet dépend entièrement du choix du référentiel ?

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Exercice 5 : La physique routière - Le piège du virage

Une camionnette de livraison aborde un virage serré en forme d’arc de cercle sur une route mouillée. Le conducteur n’a pas réduit sa vitesse à l’entrée du virage.

1. Le compteur indique une valeur constante de $80\ \text{km/h}$ pendant le début du virage. La vitesse instantanée de la camionnette reste-t-elle identique ? Justifier en citant les trois caractéristiques d’une vitesse instantanée.
2. Expliquer pourquoi un véhicule circulant à une vitesse trop élevée court le risque de subir une “sortie de route” en ligne droite dans un virage.