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Le mouvement : référentiel, trajectoire et vitesse

L’essentiel

Décrire un mouvement, c’est dire comment la position d’un objet change au cours du temps, par rapport à un référentiel choisi. On précise sa trajectoire (droite, cercle ou courbe) et l’évolution de sa vitesse (constante, croissante ou décroissante). La vitesse moyenne se calcule avec v = d ÷ t.

Le référentiel : un mouvement est relatif

Un objet n’est pas en mouvement dans l’absolu : il l’est par rapport à un autre objet, le référentiel. Il faut donc toujours préciser ce repère avant de décrire quoi que ce soit.

Un passager assis dans un train est immobile par rapport à son siège, mais il se déplace par rapport au quai. C’est la relativité du mouvement.

Les référentiels courants
RéférentielLié àUtilisé pour
TerrestreLe solUne voiture, un ballon, un train
GéocentriqueLe centre de la TerreLa Lune, les satellites
HéliocentriqueLe centre du SoleilLes planètes

Astuce : Dans un exercice, commence ta réponse par « dans le référentiel… ». C’est le réflexe que l’on attend de toi.

Trajectoire et nature du mouvement

La trajectoire est l’ensemble des positions occupées par un point de l’objet au cours du temps. On décrit un mouvement avec deux mots : la forme de la trajectoire, puis l’évolution de la vitesse.

CritèreMot à employerExemple
Trajectoire droiteRectiligneUn train sur une voie droite
Trajectoire en cercleCirculaireUne nacelle de grande roue
Autre trajectoireCurviligneUn ballon lancé
Vitesse constanteUniformeUn tapis roulant
Vitesse qui augmenteAccéléréUne voiture qui démarre
Vitesse qui diminueRalentiUn vélo qui freine
  • Une voiture sur une route droite à vitesse constante : mouvement rectiligne uniforme.
  • Une bille lâchée qui tombe : mouvement rectiligne accéléré.

Calculer une vitesse moyenne

v = d ÷ t, avec v la vitesse, d la distance parcourue et t la durée.

Unité de dUnité de tUnité de v
Mètre (m)Seconde (s)Mètre par seconde (m/s)
Kilomètre (km)Heure (h)Kilomètre par heure (km/h)
  • Un coureur fait 100 m en 12,5 s : v = 100 ÷ 12,5 = 8 m/s.
  • Un train parcourt 270 km en 1 h 30, soit 1,5 h : v = 270 ÷ 1,5 = 180 km/h.

Astuce : Pour passer de m/s à km/h, multiplie par 3,6. Pour passer de km/h à m/s, divise par 3,6. Ainsi, 8 m/s font 28,8 km/h.

Lire une chronophotographie

Une chronophotographie montre les positions d’un objet à intervalles de temps égaux. Si les points sont régulièrement espacés, le mouvement est uniforme. S’ils s’écartent, il est accéléré. S’ils se rapprochent, il est ralenti.

En seconde, on calcule la vitesse à une position en divisant la distance entre deux points voisins par la durée qui les sépare. On la représente par un vecteur vitesse, tangent à la trajectoire et orienté dans le sens du mouvement.

  • Deux points voisins sont distants de 8 cm, avec un intervalle de 0,04 s : v = 0,08 ÷ 0,04 = 2 m/s.

Les erreurs à éviter

  • Cet objet est immobile, point final. Cet objet est immobile dans un référentiel donné.

    Sans référentiel, l’affirmation n’a pas de sens : tout objet posé sur Terre tourne avec elle.

  • 1 h 30 = 1,3 h 1 h 30 = 1,5 h

    Une demi-heure vaut 0,5 h. Il faut convertir les minutes en fraction d’heure.

  • Un mouvement circulaire uniforme a un vecteur vitesse constant. La valeur est constante, mais la direction change.

    Le vecteur vitesse reste tangent au cercle : il tourne avec l’objet.

Exercices corrigés

  1. 1. Un passager reste assis dans un train qui roule. Dans le référentiel du train, il est…

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    immobile. Sa position ne change pas par rapport au train.

  2. 2. Quelle est la nature du mouvement d’un point de la jante d’une roue, dans le référentiel de l’axe, à vitesse constante ?

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    Circulaire uniforme. Le point décrit un cercle autour de l’axe, à vitesse constante.

  3. 3. Une voiture parcourt 150 km en 2 h. Quelle est sa vitesse moyenne ?

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    75 km/h. v = 150 ÷ 2 = 75 km/h.

  4. 4. Combien font 108 km/h en m/s ?

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    30 m/s. 108 ÷ 3,6 = 30 m/s.

  5. 5. Sur une chronophotographie, les points s’écartent de plus en plus. Le mouvement est…

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    accéléré. À durée égale, la distance parcourue augmente : la vitesse augmente.

  6. 6. Un passager marche à 1 m/s vers l’avant d’un train qui roule à 30 m/s. Quelle est sa vitesse par rapport au quai ?

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    31 m/s. Les deux vitesses sont dans le même sens : 30 + 1 = 31 m/s.

Questions fréquentes

Qu’est-ce qu’un référentiel en physique ?

C’est l’objet de référence par rapport auquel on décrit le mouvement, accompagné d’une horloge. Le sol, la Terre et le Soleil en sont des exemples.

Comment convertir des km/h en m/s ?

Divise par 3,6. Ainsi, 90 km/h font 90 ÷ 3,6 = 25 m/s.

Que veut dire mouvement rectiligne uniforme ?

La trajectoire est une droite et la vitesse reste constante. Dans ce cas, les positions sont régulièrement espacées sur une chronophotographie.

Pour aller plus loin