2P MV2 / Décrire le mouvement / Décrire le mouvement
Chapitre 5
Qu'est-ce qui fait varier la vitesse ?
1 La situation
Un mécanicien réalise l'essai routier d'un véhicule client. Au lieu d'un chronomètre et d'un repère peint sur le sol, il utilise l'application GPS de son téléphone : toutes les 30 à 60 secondes, elle enregistre l'heure et la distance totale parcourue depuis le départ, le long du trajet suivi.
| Point | Temps écoulé depuis le départ | Distance parcourue depuis le départ |
|---|---|---|
| A | 0 s | 0 m |
| B | 30 s | 150 m |
| C | 90 s | 1350 m |
| D | 150 s | 3150 m |
| E | 190 s | 3550 m |
2 Retrouver une vitesse moyenne à partir du GPS
Le GPS ne donne pas directement une vitesse : il donne une position (distance parcourue depuis le départ) à un instant donné. Entre deux points du relevé, on retrouve la vitesse moyenne exactement comme avec un chronomètre : vmoy = d ÷ t, avec d la distance parcourue entre les deux points et t la durée écoulée entre les deux points.
3 La vitesse n'est pas la même partout
| Tronçon | Distance parcourue | Durée | Vitesse moyenne |
|---|---|---|---|
| A → B (sortie de parking) | 150 m | 30 s | 5 m/s |
| B → C (rue de la zone artisanale) | 1200 m | 60 s | 20 m/s |
| C → D (voie rapide) | 1800 m | 60 s | 30 m/s |
| D → E (ralentit au rond-point) | 400 m | 40 s | 10 m/s |
Calculée tronçon par tronçon, la vitesse moyenne n'est pas la même sur tout le trajet : elle passe de 5 à 30 m/s, puis redescend à 10 m/s. Le même relevé GPS révèle donc que la vitesse d'un véhicule varie en permanence, bien plus qu'un simple compteur regardé à un instant.
4 Qu'est-ce qui fait varier la vitesse d'un véhicule ?
La vitesse d'un véhicule change parce qu'il subit plusieurs actions mécaniques : le moteur le pousse vers l'avant, les freins le ralentissent, l'air et la route freinent son avancée, la Terre l'attire vers le bas, le sol le soutient. Chacune de ces actions peut se modéliser par une force.
5 Inventaire des actions mécaniques sur un véhicule
| Action mécanique | Origine | Sens |
|---|---|---|
| Force motrice (traction) | le moteur, par les roues | vers l'avant |
| Freinage | les freins (disques / plaquettes) | vers l'arrière |
| Frottements / résistance de l'air | l'air, la route | vers l'arrière |
| Poids | la Terre | vers le bas |
| Réaction du sol | la route | vers le haut |
Une action mécanique se modélise par une force, représentée par une flèche : une droite d'action, un sens, une valeur en newtons (N). On ne calcule pas encore ici comment ces forces s'équilibrent entre elles : on se contente de les identifier.
6 TP — vérifier P = m × g par la mesure
| Pièce | Masse mesurée à la balance | Poids mesuré au dynamomètre |
|---|---|---|
| Roue de secours | 18 kg | 178 N |
| Batterie 12 V | 15 kg | 152 N |
| Caisse à outils | 8 kg | 81 N |
Le poids P d'un objet est la force avec laquelle la Terre l'attire vers le bas. Il est lié à sa masse m par P = m × g, avec g ≈ 10 N/kg (poids en newtons, masse en kilogrammes). On vérifie cette relation par la mesure, pas seulement par le calcul.
Avec matériel : pour plusieurs objets d'atelier (une pièce détachée, une roue, une caisse à outils…), mesurer la masse m à la balance (ou utiliser des masses marquées connues), puis accrocher chaque objet au dynamomètre (peson à ressort) pour lire directement son poids P.
Sans matériel : utiliser le relevé ci-dessous, réalisé par un mécanicien sur trois pièces d'atelier.
Trace écrite
Un relevé GPS horodaté donne, comme un chronomètre, de quoi calculer une vitesse moyenne entre deux instants : vmoy = d ÷ t, avec d et t mesurés entre les deux points du relevé. Un même trajet révèle ainsi une vitesse qui varie constamment.
Cette variation a une cause : les actions mécaniques qui s'exercent sur le véhicule (force motrice, freinage, frottements, poids, réaction du sol), que l'on modélise chacune par une force (droite d'action, sens, valeur en newtons).
Le poids P d'un objet est lié à sa masse m par P = m × g (g ≈ 10 N/kg) — une relation vérifiée ici par la mesure, au dynamomètre.
On s'est limité à identifier ces forces, sans calculer comment elles s'équilibrent entre elles : une prochaine séquence, Mécanique (2), reviendra sur l'équilibre d'un solide soumis à plusieurs forces.
Travail à la maison
- Un relevé GPS indique 200 m à t = 10 s, puis 800 m à t = 40 s. Calcule la distance parcourue, la durée écoulée, puis la vitesse moyenne entre ces deux points.
- Cite trois actions mécaniques qui s'exercent sur un véhicule en mouvement, et précise le sens de chacune.
- Écris la relation entre poids et masse, avec les unités de chaque grandeur.
- Une caisse a une masse de 12 kg. Calcule son poids avec g ≈ 10 N/kg.
- Pourquoi un GPS ne donne-t-il pas directement la vitesse d'un véhicule, mais seulement sa position ?
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