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Les mouvements

Thème 2 - Chapitre 1

Compétences et attendus   prof

[3/4] Attendus

  1. Calculer la valeur de la vitesse à partir de la distance parcourue et de la durée de déplacement dans le cas du mouvement uniforme d’un objet par rapport à un observateur.
  2. Observer et identifier des situations où la vitesse d’un objet en mouvement par rapport à un observateur a une valeur constante ou variable.
  3. Effectuer des conversions d’unités de distance et de temps, en particulier dans le contexte du mouvement de révolution des planètes autour du Soleil.
  4. Associer la durée d’une année au mouvement de révolution de la Terre autour du Soleil, du point de vue héliocentrique, et associer la durée d’un jour au mouvement de rotation de la Terre autour de l’axe des pôles.

Compétences du socle

  • D1.3

DONE Durée, distance et vitesse

Ce que vous allez voir   DNW

  1. Calculer la valeur de la vitesse à partir de la distance parcourue et de la durée de déplacement dans le cas du mouvement d’un objet.

Comment mesurer une distance ?

Une représente la longueur séparant deux points. Son unité est le (ou sous unité) et elle se mesure avec une .

Mesurer la distance séparant chaque points. Compléter le tableau ci après en rajoutant les lignes au crayon à papier et les résultats sans oublier les unités.

Points AB AC AD AE BC BD BE CD CE DE
Distance                    

Comment mesurer une durée ?

Une représente le temps écoulé entre deux instants. Son unité est la (ou sous unité) et elle se mesure avec un .

Mesure la durée séparant le début et la fin de l'expérience :

  • ballon qui roule :

    Mesure 1 2 3
    Durée
  • balle qui tombe :

    Mesure 1 2 3
    Durée

Le résultat d'une mesure dépend de l'instrument de mesure utilisé ainsi que de celui qui a mesuré.

Exemple
la mesure d'une distance avec un télémètre laser ou un mètre ruban peut donner deux résultats proches mais différents
Exemple
la mesure d'une durée avec deux chronomètres identique mais deux personnes différentes donne deux résultats proches mais différents.

Qu'est-ce qu'une vitesse ?

Une correspond à la parcourue pour une unité de . Elle ne se mesure pas directement mais se calcule en divisant la distance parcourue par la durée de parcours. Son unité est le par (ou sous unité) noté m/s.

  1. La distance parcourue par le ballon est de m, sa durée de parcours est s, sa vitesse est donc de m/s.
  2. La distance parcourue par la balle est de m, sa durée de parcours est s, sa vitesse est donc de m/s.
  3. Sur une course de 1000 m, un élève bat son record avec un durée de 5 min, sa vitesse est donc de .
  4. Pour venir au collège, un élève parcours en vélo une distance de 5 km pendant une durée de 15 min, sa vitesse est donc de

DONE Conversions d'unités

Ce que vous allez apprendre   DNW

  1. Effectuer des conversions d’unités de distance et de temps

Combien de millimètres dans un kilomètre ?   pres

Répond à la question en faisant une phrase.

Aide 1   pres

1 cm correspond à 10 mm. 1 correspond à 10 cm donc mm.

Aide 2   pres

km hm dam m dm cm mm

Combien de secondes dans une année ?   pres

Répond à la question en faisant une phrase.

Aide 1   pres

  • Dans 1 min il y a s.
  • Dans 1 h il y a min, donc s.
  • Dans 1 j il y a h, donc s.
  • Dans 1 an il y a j, donc s.

Application aux vitesses

Trajet entre Chagny et Lyon

  1. Une voiture part de Chagny pour aller à Lyon. Elle parcourt 150 km en 1h 30min. Calcule sa vitesse moyenne en km/h.
  • Aide 1   pres
    • Il faut convertir la durée en heures, sachant qu'une heure contient 60 min
  • Aide 2   pres
    • 1h 30 min = (1 + 30 ÷ 60 ) h

Record du monde au 100 m

Le 16 août 2009, le Usain Bolt établi le record du monde du 100 m avec la durée de 9,58s.

  1. Calcule sa vitesse moyenne en m/s.

    Pour calculer sa vitesse, on doit diviser la distance parcourue par la durée de parcours, soit

    100 m ÷ 9,58 s = 10,44 m/s

    1. En une heure, doit-il parcourir une plus grande distance ou plus petite ?

      Si en une seconde il parcourt 10,44 m, en une heure il doit parcourir une plus grande distance.

    2. Calcule sa vitesse en m/h.

      Dans une heure, il y a 60 min × 60 s = 3600 s, donc sa vitesse en m/h est

      10,44 m/s × 3600 s/h = 37 577 m/h

  2. Converti cette valeur en km/h.

    Il suffit de convertir le nombre de mètre à kilomètre, soit

    37 577 m/h = 37,577 km/h

Tsunami du 26 décembre 2004

Le 26 décembre 2004, un tremblement de terre c'est produit au large de Sumatra à 7h58 créant une vague géante. À 8h43 cette vague de 30 m s'est abattue sur les côtes de Sumatra situé à moins de 300 km. Quelle est la vitesse de la vague en km/h ?

  • Aide 1   pres

    Calcule la durée en heure séparant les deux instants.

    Entre les deux instants, il s'est écoulé 45 minutes, soit 0,75 heures. La vitesse du tsunami est donc de

    300 km ÷ 0,75 h = 400 km/h.

Pour aller plus loin…

  1. Une année-lumière correspond à la distance parcourue par la lumière en 1 an. La lumière parcourt environ 300 000 km par seconde, quelle est la distance parcourue par la lumière en un an ?
  2. Un atome mesure 100 pm1, soit 0,000 000 1 mm. Combien d'atomes peuvent tenir les uns à côté des autres sur une distance de 1 mm ?

Synthèse

  • Pour convertir les distances dans différentes unités, il est possible d'utiliser un de .
  • Pour convertir les durées, il faut (ou diviser) :
    • par pour la conversion entre minutes et , entre heures et
    • par pour la conversion entre jours et
    • par pour la conversion entre ans et
  • Entre deux sous-unités représentant une même grandeur il y a .
  • Pour convertir 3h en secondes, il faut d'abord convertir en minutes, puis en secondes

    3 h = 3 × (60 min) = 180 min = 180 × (60 s) = 10 800 s

  • Pour convertir 340 s en minutes, il faut diviser par le nombre de secondes dans une minute : 340 s = 340 ÷ (60 s) = 5,67 min

    Pour avoir un résultat plus propre, on garde la partie entière pour les minutes et on converti le reste en secondes : 5,67 min = 5 min (0,67 × 60) = 5 min 40 s

conversion_duree.png
  1. En s'appuyant sur la rédaction donnée dans l'exemple, convertir les durées suivantes.
    1. 7 200 s en min puis en h.
    2. 5 760 min en h puis en j.
    3. 17 352 h en j puis en an.
  2. Converti les vitesses suivantes en km/h, puis classe les objets suivant du plus rapide au moins rapide ?
    1. 30 m/s
    2. 50 km/h
    3. 500 m/min

DONE Différents types de mouvement

Ce que vous allez apprendre…   DNW

  • Observer et identifier des situations où la vitesse d’un objet en mouvement par rapport à un observateur a une valeur constante ou variable.

Définitions

La trajectoire d'un objet peut être :

si le mouvement de l'objet est une ligne droite
si le mouvement de l'objet est un cercle
sinon

Si la vitesse de l'objet varie, on dit que le mouvement est

si la vitesse augmente
si la vitesse diminue
si la vitesse ne change pas

Une balle tombe-t-elle toujours à la même vitesse ?

Ouvre le logiciel aviStep® (Ce PCClassesELEVES-[ma classe] → RessourcePhysique-Chimie). Ouvre la vidéo nommée chute libre.avi dans le logiciel. Défini l'échelle, l'origine du repère et commence le pointage.

  1. Quel est le type de trajectoire de la balle ?
  2. Affiche les résultats de la balle sous forme de tableau (onglet RésultatsTableau de valeurs) et complète le tableau suivant.

    Date (s) Distance (m)
       
       
       
       
       
       
       
       
       
       
       
       
       
  3. Comment évolue la vitesse de la balle lors de sa chute ?

DONE Mouvement des planètes   physique

Compétences et attendus   prof

Attendus du BO

  • Effectuer des conversions d’unités de distance et de temps, en particulier dans le contexte du mouvement de révolution des planètes autour du Soleil.
  • Associer la durée d’une année au mouvement de révolution de la Terre autour du Soleil, du point de vue héliocentrique, et associer la durée d’un jour au mouvement de rotation de la Terre autour de l’axe des pôles.

Compétences du socle

D2/2
Coopérer et réaliser des projets
D3/1.2
Formuler une opinion, prendre de la distance avec celle-ci, la confronter celle d'autrui et en discuter
D4/1.2
Représenter des phénomènes ou des objets
D4/1.3
Résoudre des problèmes impliquant des nombres rapportés à des grandeurs
D4/1.4
Communiquer sur ses démarches, ses résultats

Scénario

Heure Prof Élèves
15:05 Accueil et appel Rentrent et sortent leur affaires
15:10 Projection situation déclenchante  
  Questionnaire diagnostic Réponse sur cahier brouillon
15:15 "Aujourd'hui, vous allez voir  
  quelle est vT"  
  Distribution sujet  
15:20   Lecture du sujet
15:25 "Des questions ?" Travail en groupe
15:30 Circulation  
15:45 "Reste 10 min"  
15:50   Relecture copie
15:55 Ramassage des copies  
  "Qu'est-ce qui a été vu ?"  
16:00   Sortie de classe

Ce que vous allez apprendre   DNW

  • Effectuer des conversions d’unités de distance et de temps, en particulier dans le contexte du mouvement de révolution des planètes autour du Soleil.
  • Associer la durée d’une année au mouvement de révolution de la Terre autour du Soleil, du point de vue héliocentrique, et associer la durée d’un jour au mouvement de rotation de la Terre autour de l’axe des pôles.

Situation déclenchante

Questionnaire diagnostique   pres

  1. La Terre tourne autour du Soleil…
    1. ne tourne pas autour du Soleil
    2. en un an
    3. en un mois
    4. en un jour
  2. Pour calculer le nombre d'heures dans un an, on calcule…
    1. 365,25 × 24 × 60 × 60
    2. 365,25 × 24 × 60
    3. 365,25 × 24
    4. 365,25 × 60
  3. Pour calculer la vitesse d'un objet
    1. vitesse = distance : durée
    2. vitesse = distance × durée
    3. vitesse = durée : distance
    4. vitesse = distance + durée
  4. À ton avis, la Terre tourne autour du Soleil à environ…
    1. 100 km/h
    2. 1 000 km/h
    3. 10 000 km/h
    4. 100 000 km/h

Boite à outils   toolbox

  • Pour calculer le nombre d'heure dans un an : 365,25 × 24
  • Pour calculer la vitesse : vitesse = distance : durée

La Terre : une planète comme les autres

ID Compétences évaluées TB MS MF MI
D2/2 Coopérer et partager les tâches        
D4/1.3 Résoudre un problème impliquant des grandeurs        
D4/1.4 Communiquer à l'écrit sa démarche et ses résultats        

Dans le ciel de nuit, on peut observer les étoiles, qui ont l'air immobiles, mais aussi d'autres objets qui semblent bouger comme la Lune et des planètes. On souhaite dans cette activité étudier le mouvement de la Terre autour du Soleil.

Le périmètre (noté P) représente la longueur du contour d'une figure.

Rectangle
: P = 2 × longueur + 2 × largeur
Cercle
: P = 2 × π × rayon
Distance Terre-Soleil
: 150 000 000 km
Durée de rotation
: 1 an = 365,25 jours
Travail à faire

En s'appuyant sur les documents, répondre à la question suivante :

Quelle est la vitesse de la Terre, en km/h, dans son mouvement autour du Soleil ?

Critères de réussite du travail à rendre :

Travail en classe
  • chaque membre du groupe participe à la rédaction et à la résolution de l'activité
  • les échanges sont uniquement entre les membres d'un même groupe
  • le volume sonore des échanges reste faible
Présentation
  • les noms et prénoms sont en haut à gauche sur la feuille
  • les questions sont en titre, en haut au milieu de la feuille en rouge
  • propreté (pas de ratures ou de blanc)
Contenu
  • Schéma de la situation, en vue du dessus
    • au crayon à papier
    • lignes droites à la règle, cercles au compas
    • légendes, titre, et informations importantes (exemple : distances) du schéma
    • respect de proportions / clarté du schéma
  • Les calculs permettant de répondre aux questions ainsi que les unités accompagnant les valeurs
    • l'écriture de l'unité respecte les majuscules et minuscules (exemple : on écrit millimètre "mm" et non "MM")
    • les distances s'expriment en mètres (ou kilomètres, centimètres, etc), les durées en secondes (ou jours, années, etc)
  • Des phrases pour conclure les calculs (exemple : "La distance parcourue par la Terre est …")
    • La phrase contient un sujet, un verbe et un complément
    • Le sujet est bien identifié
    • La phrase a un sens dans le contexte

Aides   aides pres

Coup de pouce 0
Représenter par un schéma le mouvement de la Terre autour du Soleil (vue du dessus).
Coup de pouce 1
Quel est le mouvement que fait la Terre autour du Soleil ?
Coup de pouce 2
La distance entre la Terre et le Soleil représente le rayon du cercle fait par la Terre.
Coup de pouce 3
Quels sont les données nécessaires pour calculer une vitesse ?
Coup de pouce 4
Pour calculer la vitesse d'un objet, il faut diviser la distance parcourue par la durée de parcours.
  1. Quelle est la longueur, en kilomètre, du cercle parcouru par la Terre lors de son mouvement autour du Soleil ?
  2. Quelle est la durée de parcours, en heures, de la Terre autour du Soleil ?
  3. Calcule la valeur de la vitesse de la Terre.

Pour les plus rapides

Pour chaque planète du système solaire, calcule la vitesse de rotation autour du Soleil.

Planète Distance au Soleil (km) Période de rotation (jours) Vitesse (km/h)
Mercure 58 000 000 88
Vénus 108 000 000 225
Terre 150 000 000 365,25
Mars 228 000 000 687
Jupiter 780 000 000 4 332
Saturne 1 425 000 000 10 754
Uranus 2 880 000 000 30 698
Neptune 4 515 000 000 60 217

Synthèse

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La Terre, comme les autres planètes du système solaire, tourne autour du Soleil. Afin d'effectuer une rotation complète, il lui faut 365j et 6h (soit 365,25 j). C'est cette durée qui permet de définir la valeur d'une année.

Synthèse du chapitre

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S'entraîner pour l'évaluation

Conversions d'unités

  1. Convertir les distances suivante à l'aide d'un tableau de conversion.

    km hm dam m dm cm mm
                 
                 
                 
    1. 2,3 m en mm
    2. 10,2 dam en km
    3. 105,8 cm en m
  2. Convertir les durées suivantes. conversion_duree.png
    1. 3,2 h en secondes
    2. 1h 45min en heures
    3. 1080 s en heures

Calcul de vitesse

Au bowling, deux amis cherchent à donner la vitesse idéale à leur boule de bowling pour faire un strike. Ils ont vu que cette vitesse serait de 25 km/h, soit 6,9 m/s.

On considère par la suite que la mouvement de la boule est rectiligne et uniforme.

    1. Quelles sont les informations nécessaires pour calculer la vitesse de la boule ? {{{LINES(5}}}
    2. Comment peut-on mesurer ces informations. {{{LINES(5}}}
  1. La piste du bowling fait 18,3 m. La première boule met 3 s pour atteindre les quilles, la seconde met 2,6 s.
    1. Calcule la vitesse, en mètre par seconde (m/s) la vitesse de la première boule.
    2. Calcule la vitesse, en mètre par seconde (m/s) la vitesse de la deuxième boule.
    3. Quel lancé se rapproche le plus de la vitesse idéale ? Justifie ta réponse.

Conversion

Pour relier la ville de Lyon à celle de Clermont-Ferrand, le père de Matthias consulte son GPS. Ce dernier lui indique que les deux villes sont directement reliées par autoroute sur une distance d'environ 165 km. Il effectue se trajet en 1h 15 min. Le père de Matthias a-t-il respecté les limitations de vitesse sur son trajet ?

La vitesse limite est :

  • 80 km/h sur route nationale
  • 130 km/h sur autoroute
  • Aides   pres aides
    Conversion
    Il faut convertir 1h 15 min en heures our pouvoir calculer la vitesse. La durée totale est de 1 h + 15 min, soit 1h + (…) h

Notes de bas de page:

1

picomètre

Les mouvements, créé par E. Machefer, est sous licence CC BY-NC-SA 4.0