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Exercices

Sommaire

Je me teste

Exercice corrigé

9

La descente d’une skieuse.

En vacances, Nola fait du ski de descente. Vers la fin d’une piste peu dangereuse, elle décide d’aller un peu plus vite. Après avoir vérifié qu’elle ne mettrait personne en danger, elle se met en position de schuss et réalise sa descente. Bloqué sur un télésiège arrêté, le père de Nola filme sa descente et décide de réaliser une chronophotographie de son mouvement.
1.
Décris le mouvement de Nola au début de la descente (partie rouge) et à la fin de la descente (partie bleue).
2.
Explique pour quelle raison le père de Nola n'aurait pas pu faire de chronophotographie avec son film si son télésiège n'avait pas été arrêté.
Doc. 1
Descente.

Étapes de la méthode

  • Regarder si les positions occupées par le mobile dessinent une trajectoire particulière (droite ou cercle).
  • Observer l’écart entre les différentes positions pour savoir si le mouvement est uniforme ou non.
  • Le mobile doit être le seul objet en mouvement dans le cadre de l'appareil qui prend les images.

Corrigé :

  • Les positions occupées par Nola lors de sa descente sont alignées : son mouvement est donc rectiligne tout au long de la descente.

    Au début de la descente, les positions occupées par Nola ne sont pas espacées régulièrement : cela signifie que sa vitesse n’est pas constante et donc que le mouvement n’est pas uniforme.

    À la fin de la descente, les positions occupées par Nola sont espacées régulièrement : sa vitesse est donc constante et son mouvement est donc uniforme. Au début, le mouvement de Nola est rectiligne non uniforme. À la fin, le mouvement de Nola est rectiligne uniforme.
  • Si le père de Nola avait été en mouvement avec le télésiège, il lui aurait été impossible de filmer des images dans lesquelles Nola aurait été le seul objet en mouvement. Les montagnes à l'arrière-plan auraient aussi été en mouvement dans le cadre de son écran.
10

Slalom.

Nola réalise une autre descente, en slalomant cette fois.
1.
Décris son mouvement lors de cette descente.
Doc. 2
Slalom.

Je m'entraine

11

Rotative d’imprimerie.

Dans cette machine d’imprimerie, le papier circule sur un tapis roulant de A vers B avant d’être enroulé sur une bobine du point C au point D.
1.
Entre A et B, le mouvement est-il rectiligne ? Justifie ta réponse.
2.
Entre C et D, que peut-on dire du mouvement ?
Doc. 1
Rotative.
12

Les animaux les plus rapides.

Sa vitesse l’a rendu célèbre : le guépard fait des pointes à plus de 110 km/h ! Mais il se fatigue vite et ne peut dépasser les 45 km/h sur de longues distances. Le springbok, gazelle d’Afrique du Sud, à peine moins rapide en pointe, est pourtant capable de courir bien plus vite sur une longue distance avec une vitesse moyenne de 50 km/h sur 6 km.
1.
Lequel de ces animaux est le plus rapide selon le critère retenu ? Explique ta réponse avec les mots du cours.
13

Mouvements d’une grue de chantier.

Les grues permettent de soulever et de déplacer les charges les plus lourdes présentes sur les chantiers.
1.
Quels types de mouvement la charge transportée peut-elle avoir lorsqu’elle est au bout du câble ? Explique tes réponses.
14

Deux voitures.

On lance deux mobiles sur deux trajectoires parallèles. On cherche ensuite à les faire tourner en les poussant sur le côté de la même manière.
1.
Quel mobile avait la vitesse la plus importante lorsqu’il a atteint la marque ? Explique ta réponse.
Doc. 2
Deux voitures.
15

Fête foraine.

La grande roue a longtemps été l’attraction reine de nombreuses fêtes foraines.
1.
Que peut-on dire de la trajectoire de chaque nacelle ?
2.
Propose un nom pour le mouvement de la grande roue.
3.
D’après toi, lorsque la grande roue est en marche, son mouvement est-il uniforme ? Justifie ta réponse.
16

Trombone à coulisse.

Pour jouer ses notes, le tromboniste utilise une coulisse qu’il descend ou remonte avec la main droite, ce qui allonge ou raccourcit le trajet de l’air qu’il souffle.
1.
Que peut-on dire du mouvement de la coulisse ? Justifie ta réponse.
2.
Dans le fonctionnement d’un violon, quelle pièce aura un mouvement du même type ?
17

Panneau de signalisation.

Sur la route, des panneaux de signalisation avertissent les conducteurs avant certains virages. Lorsqu’il voit ces panneaux, le conducteur doit ralentir à l’approche du virage.
1.
Est-il plus facile de tourner si le conducteur arrive vite ou s’il ralentit avant le virage ?
2.
Que risque-t-il d’arriver si le conducteur ne ralentit pas ?
Doc. 3
Panneau.

Une notion, trois exercices

18

Une voiture sur le départ

On veut étudier le mouvement d’une voiture qui démarre. Pour cela, on réalise une chronophotographie de celle-ci.
1.
Le mouvement de la voiture est-il rectiligne, circulaire ou quelconque ? Justifie ta réponse.
2.
De quelle manière l’espacement entre les différentes positions de la voiture évolue-t-il ?
3.
À l’aide de ta réponse à la question précédente, détermine la manière dont la vitesse de la voiture évolue.
4.
Indique si le mouvement de la voiture est uniforme ou non.
5.
En te servant de toutes tes réponses précédentes, décris le mouvement de la voiture.
Doc. 1
Sur le départ.
18

Un batteur de baseball

Après avoir frappé la balle, un batteur de baseball doit « capturer » les bases adverses en courant dessus. On a réalisé une chronophotographie d’un batteur après avoir frappé la balle.
1.
Détermine à partir de la photographie si la trajectoire du batteur est rectiligne, circulaire ou quelconque.
2.
Indique si le mouvement est uniforme ou non.
3.
À partir des questions précédentes, décris le mouvement du batteur.
Doc. 2
Batteur.
18

Le Soleil dans le ciel

On réalise une chronophotographie du ciel pour étudier le parcours du Soleil.
1.
En te servant de la chronophotographie, décris le mouvement apparent du Soleil depuis la Terre.
Doc. 3
Le Soleil.

J'approfondis

19

Excès de vitesse ?

Un conducteur a traversé l’agglomération de Roanne : un trajet de 15 km en 24 min, ce qui représente une vitesse moyenne de 37,5 km/h. Sur une courte portion de son trajet, son compteur a affiché une vitesse , fois plus grande que cette vitesse moyenne.
1.
Rappelle la vitesse maximale autorisée en agglomération en France.
2.
Si l’on regarde uniquement la vitesse moyenne du conducteur, a-t-il commis un excès de vitesse ?
3.
La vitesse affichée par le compteur de la voiture est-elle une vitesse instantanée ou une vitesse moyenne ?
4.
Calcule la vitesse qui était affichée par le compteur sur la courte portion.
5.
Le conducteur a-t-il commis un excès de vitesse ? Justifie ta réponse.
20

L’orbite de la Terre.

La Terre parcourt son orbite autour du Soleil en 365,25 jours. Lorsque la Terre est au plus proche du Soleil, sa distance à l’étoile est de 147 millions de km et sa vitesse de 30,3 km/s. Lorsque la Terre est la plus éloignée du Soleil, sa distance à l’étoile de 152 millions de km et sa vitesse est de 29,3 km/s.
1.
Indique, à l’aide des données de l’énoncé, si la Terre décrit un mouvement uniforme autour du Soleil.
21

Le 100 mètres.

L’épreuve de sprint sur 100 m est considérée comme l’épreuve reine des Jeux Olympiques. Aux Jeux Olympiques de Rio 2016, elle a été remportée par la jamaïcaine Elaine Thompson.
1.
Donne la trajectoire effectuée par les sprinteurs sur le 100 m.
2.
Indique, en justifiant ta réponse, si le mouvement des athlètes est uniforme lors de la course.
22

Du karting.

Amy et Arno font une course de kart. À l’approche des virages, Amy ralentit alors qu’Arno continue à la même vitesse.
1.
Qui d’Amy ou d’Arno prend la meilleure décision pour la course ? Justifie ta réponse.
23

Chronophotographie et vitesse.

La technique de chronophotographie permet la réalisation de photos surprenantes !
1.
Quelles informations sur le mouvement du skieur cette photographie apporte-t-elle ?
2.
Fais un croquis simplifié de la photo ci-dessus (tu peux représenter le skieur par un point et t’aider d’un papier calque).
3.
Représente la vitesse du skieur pour chacune des positions de la photo par une flèche.
4.
Sa vitesse est-elle restée la même au cours de ce mouvement ? Explique ta réponse.
Doc. 1
Chronophotographie.
24

Mouvements rectilignes et circulaires dans l’industrie.

Dans l’industrie, l’automatisation de certaines tâches rend de grands services.
1.
Repère sur l’image quelles tâches sont effectuées par des mécanismes automatiques.
2.
Parmi elles, lesquelles illustrent un mouvement rectiligne ? Un mouvement circulaire ?
Doc. 2
Mouvements rectilignes et circulaires.
25

Tout à fait circulaire ?

On a l’habitude de dire que les planètes décrivent un mouvement circulaire autour du Soleil, mais est-ce vraiment le cas ? Au plus proche du Soleil, la Terre se situe à 147 millions de kilomètres de l’étoile. Au plus loin elle est située à 152 millions de kilomètres.
1.
Indique la valeur minimale du rayon Terre-Soleil.
2.
Indique la valeur maximale du rayon Terre-Soleil.
3.
Le rayon d’un cercle est-il variable ou constant ? Justifie, à partir de ta réponse, si la trajectoire de la Terre est un cercle.
26

Régulateur et limiteur de vitesse.

Le régulateur de vitesse est un système destiné à stabiliser automatiquement la vitesse d’un véhicule. Le conducteur fixe la vitesse à laquelle il veut rouler et le régulateur maintient alors automatiquement une vitesse fixe. Le limiteur de vitesse permet de fixer la vitesse maximum que le conducteur ne souhaite pas dépasser. Il peut alors conduire normalement sans dépasser la vitesse programmée.
1.
Lorsqu’un conducteur utilise le limiteur de vitesse, sa vitesse instantanée peut-elle varier ?
2.
Lorsqu’il décide d’utiliser le régulateur de vitesse, sa vitesse instantanée peut-elle varier ?
3.
Que peut-on dire alors de son mouvement ?
27

Chronophotographie d’une balle de basket.

1.
Indique si le mouvement de la balle est uniforme ou non.
2.
À quel moment la vitesse du ballon est-elle la plus importante ?
3.
Réalise un croquis simplifié de la chronophotographie ci-dessus et représente la vitesse du ballon pour chacune des positions.
Doc. 3
Balle de basket.
28

Limitations de vitesse à travers l'Europe.

Si la vitesse maximale autorisée en agglomération est presque partout la même en Europe, il n’en est pas de même sur route et sur autoroute.
1.
Donne, en mètres/seconde et en kilomètres/heure, la vitesse maximale autorisée en France.
2.
Quelle est la vitesse maximale autorisée sur autoroute la plus fréquente en Europe ?
Doc. 4
Limitations de vitesse à travers l'Europe.
29

La vitesse lors du 100 mètres.

La vitesse des sprinteurs varie pendant de la course du 100 m. On a représenté sur la courbe l’évolution de leur vitesse lors d’une course de 100 m.
1.
Sur le même schéma, représente la vitesse d’un sprinteur lors d’une course de 100 m aux instants suivants en précisant l'échelle utilisée :
▪ à 10 m.
▪ à 100 m.
▪ à 130 m.
Doc. 5
La vitesse lors du 100 mètres.

Je résous un problème

Problématique

1.
La vitesse maximale autorisée sur le réseau routier français est de 130 km/h. Si une telle limite existait aussi sur les pistes de ski, Valentina Greggio se ferait-elle flasher ?
Le ski de vitesse, ou « kilomètre lancé », est le sport non motorisé où les pointes de vitesse sont les plus hautes après le parachutisme. Il se pratique sur des pentes très raides se trouvant en altitude pour réduire la résistance à l’air. L’une des plus rapides est celle de Vars (Hautes-Alpes). La skieuse italienne Valentina Greggio y a battu le record du monde de la spécialité en 2016 en parcourant les 100 mètres chronométrés en seulement 1,45 seconde !
Doc. 1
Kilomètre lancé.
Doc. 2
Évolution de la vitesse de Valentina au cours de la descente.
On a représenté l’évolution de la vitesse de la skieuse à différents endroits de la piste.

Exercices supplémentaires

Le mur du son.

Le “mur du son” est franchi lorsqu’un mobile atteint une vitesse au moins égale à celle du son dans l'air, soit 340 m/s, ce qui s’accompagne d’une onde de choc sous forme de “bang supersonique”.
Le Thrust SSC est un véhicule mis au point afin d’atteindre cette vitesse au sol. Une tentative lui a permis de parcourir 1 mile en 4,7 s en 1997.
1.
Cherche combien vaut 1 mile.
2.
Convertis cette valeur dans les unités du S.I.
3.
Le Thrust SSC a-t-il atteint le mur du son ? Répond à l’aide d’un calcul.
Doc. 1
L’extravagant Thrust SSC.

Sprint.

En 2016, avant de gagner la médaille d’or aux Jeux Olympiques de Rio, Elaine Thompson a couru le 100 m en 10,7 s à l’occasion du championnat de Jamaïque.
1.
Calcule la vitesse moyenne d’Elaine Thompson sur cette course.
Doc. 2
La sprinteuse Elaine Thompson au premier plan.

Sécurité routière.

Pour la sécurité de tous, les radars automatiques “flashent” les conducteurs trop pressés.
1.
Ces radars mesurent-ils la vitesse instantanée ou la vitesse moyenne du véhicule ? Justifie ta réponse.

Sport au collège.

La plupart des sports que tu pratiques au collège font intervenir des mouvements avec des trajectoires complexes.
L’objectif n’est pas forcément le même selon la discipline
1.
Peux-tu toutefois trouver un exemple de mouvement rectiligne ?
2.
Peux-tu trouver un exemple de mouvement circulaire ?
3.
Dans quelle(s) épreuve(s) tente-t-on d’avoir un mouvement le plus uniforme possible ?
4.
Dans quelle(s) épreuve(s) tente-t-on d’avoir la vitesse instantanée la plus grande possible ?

Parcours de compétences

Parcours de compétences

En sautant, un parachutiste passe de 0 à 210 km/h en 10 secondes, puis maintient cette vitesse jusqu’à l’ouverture du parachute.
1.
Recopie et complète la courbe ci-contre puis propose une chronophotographie simplifiée du saut.
Courbe parachutiste.

Niveau 1 - Je complète une représentation qui m'est proposée.

Coup de pouce : Recopie et complète la courbe en ajoutant les indications utiles sur les axes.

Niveau 3 - Je réutilise les règles apprises pour produire ou transformer des représentations.

Coup de pouce : Si la vitesse diminue, comment évolue la distance entre les points sur la chronophotographie ?

Niveau 2 - Je respecte les consignes pour produire ou transformer une représentation.

Coup de pouce : Dessine avec 4 points la chronophotographie juste avant l’ouverture du parachute.

Niveau 4 - Je produis ou je transforme parfaitement des représentations, en choisissant celles qui seront les plus adaptées.

Coup de pouce : Dessine la chronophotographie de l’ensemble du saut.
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