Chapitre 5 | Physique-Chimie | 2nde Bac Pro | ⏱ 30 min
Dernière mise à jour : 20 octobre 2026
Outils et méthodes : O1 : convertir des m/s en km/h. O2 : exploiter un tableau de positions et une chronophotographie.
Codes du chapitre : retrouver les exercices par capacités.
Lors d’une séance de sciences, un groupe d’élèves programme un petit robot mobile. Pour vérifier son déplacement, les élèves observent deux mouvements :
Pour étudier le mouvement du robot, les élèves réalisent une chronophotographie : ils le photographient à intervalles de temps réguliers (\(\Delta t = 0{,}5\) s). Ils repèrent la position d’un point placé à l’avant du robot par rapport au début de la piste.
| Image n° | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Instant \(t\) (s) | 0 | 0,5 | 1,0 | 1,5 | 2,0 | 2,5 | 3,0 |
| Position \(x\) (cm) | 0 | 15 | 30 | 45 | 60 | 75 | 90 |
Positions du repère placé à l’avant du robot, vues de dessus, à intervalles réguliers de 0,5 s :
Comment décrire et caractériser le mouvement d’un objet à partir de ses positions successives ?
a) Par rapport à quel objet les élèves étudient-ils le mouvement du robot ? Comment appelle-t-on cet objet en physique ?
b) Quel est le type de référentiel utilisé ici : terrestre, géocentrique ou héliocentrique ?
a) Les élèves étudient le mouvement du robot par rapport à la piste d’essai (ou plus généralement par rapport au sol de la salle). En physique, cet objet de référence s’appelle un référentiel.
b) La piste est fixe par rapport au sol, donc le référentiel utilisé est le référentiel terrestre.
En observant la chronophotographie et le tableau de positions, décrire la forme du chemin suivi par le robot sur la piste. Comment appelle-t-on ce chemin en physique ? De quel type est-il ?
Le robot se déplace en ligne droite le long de la piste. En physique, le chemin suivi par un objet en mouvement s’appelle la trajectoire.
Ici, la trajectoire est une droite : on dit que le mouvement est rectiligne.
La roue du robot tourne autour de son axe. Quelle est la forme de la trajectoire du point marqué sur le bord de la roue, par rapport à l’axe ? Quel est le type de ce mouvement ?
Le point marqué sur le bord de la roue décrit un cercle autour de l’axe de rotation. La trajectoire est donc un cercle : le mouvement est circulaire.
À l’aide du tableau de positions, calculer la distance parcourue par le robot entre chaque image successive. Compléter le tableau ci-dessous :
| Intervalle | Image 0 → 1 | Image 1 → 2 | Image 2 → 3 | Image 3 → 4 | Image 4 → 5 | Image 5 → 6 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Distance (cm) | … | … | … | … | … | … |
On calcule la différence de position entre deux images successives :
| Intervalle | Image 0 → 1 | Image 1 → 2 | Image 2 → 3 | Image 3 → 4 | Image 4 → 5 | Image 5 → 6 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Distance (cm) | 15 | 15 | 15 | 15 | 15 | 15 |
Par exemple, entre l’image 0 et l’image 1 : \(d = 15 - 0 = 15\) cm. Entre l’image 1 et l’image 2 : \(d = 30 - 15 = 15\) cm. Etc.
Le robot parcourt 15 cm entre chaque image successive.
On observe que les images sont prises à intervalles de temps égaux (\(\Delta t = 0{,}5\) s).
a) Que remarquez-vous concernant les distances parcourues entre chaque image successive ?
b) Que peut-on en déduire sur la vitesse du robot au cours du temps ?
c) Comment qualifie-t-on un tel mouvement ?
a) Les distances parcourues entre chaque image successive sont toutes égales à 15 cm. Sur la chronophotographie, les positions sont équidistantes.
b) Puisque le robot parcourt la même distance pendant des durées égales, sa vitesse est constante (elle ne change pas).
c) Un mouvement en ligne droite à vitesse constante est appelé un mouvement rectiligne uniforme.
Calculer la vitesse moyenne du robot entre l’image 0 et l’image 6.
Rappel : \(\displaystyle v = \frac{d}{t}\) où \(v\) est la vitesse, \(d\) la distance parcourue et \(t\) la durée.
a) Quelle est la distance totale parcourue (en mètres) ?
b) Quelle est la durée totale (en secondes) ?
c) Calculer la vitesse moyenne en m/s.
a) Distance totale : \(d = 90\) cm \(= 0{,}90\) m.
b) Durée totale : \(t = 3{,}0 - 0 = 3{,}0\) s.
c) Vitesse moyenne :
\[\displaystyle v = \frac{d}{t} = \frac{0{,}90}{3{,}0} = 0{,}30 \text{ m/s}\]
La vitesse moyenne du robot est de 0,30 m/s (soit 30 cm/s).
Pour vérifier votre résultat, calculer la vitesse moyenne sur un autre intervalle : entre l’image 2 et l’image 5.
a) Quelle distance le robot parcourt-il entre ces deux images ?
b) Quelle est la durée correspondante ?
c) Calculer la vitesse moyenne. Est-elle cohérente avec le résultat précédent ? Justifier.
a) Position image 2 : \(x_2 = 30\) cm. Position image 5 : \(x_5 = 75\) cm.
Distance : \(d = 75 - 30 = 45\) cm \(= 0{,}45\) m.
b) Durée : \(t = 2{,}5 - 1{,}0 = 1{,}5\) s.
c) Vitesse moyenne :
\[\displaystyle v = \frac{0{,}45}{1{,}5} = 0{,}30 \text{ m/s}\]
On retrouve la même vitesse (0,30 m/s) quel que soit l’intervalle choisi. Cela confirme que le mouvement est uniforme : la vitesse est constante.
Convertir la vitesse du robot en km/h.
Rappel : pour convertir des m/s en km/h, on multiplie par 3,6.
\[v = 0{,}30 \times 3{,}6 = 1{,}08 \text{ km/h}\]
Le robot se déplace à environ 1,08 km/h sur la piste. Cette vitesse modérée est cohérente avec celle d’un petit robot éducatif programmé pour être observé et mesuré.
Rédiger, en quelques phrases, une synthèse de ce que vous avez découvert dans cette activité. Votre synthèse doit répondre aux questions suivantes :
Pour décrire le mouvement d’un objet, il faut d’abord choisir un référentiel, c’est-à-dire un objet de référence par rapport auquel on observe le déplacement. Dans cette expérience, la piste et le sol de la salle définissent le référentiel terrestre.
La trajectoire est l’ensemble des positions successives de l’objet au cours du temps. Elle peut être rectiligne (ligne droite), circulaire (cercle) ou curviligne (courbe quelconque).
Sur une chronophotographie, si les positions sont équidistantes (espacées de la même distance) pour des intervalles de temps égaux, alors le mouvement est uniforme : la vitesse est constante.
La vitesse moyenne se calcule par : \(\displaystyle v = \frac{d}{t}\) avec \(d\) la distance en mètres et \(t\) la durée en secondes. La vitesse s’exprime en m/s (ou en km/h en multipliant par 3,6).