Mouvement et interactions en 1ère
Cours complet, points clés à retenir et exercices d'entraînement de mouvement et interactions pour les élèves de 1ère. Conforme au programme officiel.
Réviser notion par notion
Ce que tu vas réviser
- Vecteur vitesse et vecteur variation de vitesse
- Lien entre la variation du vecteur vitesse et la somme des forces ; rôle de la masse
- Force gravitationnelle et force électrique (loi de Coulomb)
Vecteur vitesse et variation de position
Le vecteur vitesse décrit le mouvement d'un objet : il indique à quelle vitesse et dans quelle direction il se déplace. Il change à chaque instant lors d'un mouvement courbe ou accéléré.
Exemple
Quand tu fais du skateboard et que tu tournes, ta direction change constamment. À chaque moment, le vecteur vitesse pointe dans la direction où tu vas, et sa longueur représente ta vitesse.
À retenir : Le vecteur vitesse est toujours tangent à la trajectoire et peut changer de direction même si la vitesse reste constante.
Vecteur variation de vitesse
Le vecteur variation de vitesse $\Delta\vec{v} = \vec{v}_2 - \vec{v}_1$ décrit comment le vecteur vitesse change entre deux instants proches : il n'est pas nul dès que la vitesse augmente, diminue ou change de direction.
Exemple
Quand une voiture démarre en ligne droite, $\Delta\vec{v}$ est orienté dans le sens du mouvement ; quand elle freine, il est orienté dans le sens opposé. Quand tu tournes à vitesse constante en skateboard, $\Delta\vec{v}$ est orienté vers l'intérieur du virage, car la direction change.
À retenir : Le vecteur vitesse varie ($\Delta\vec{v} \neq \vec{0}$) chaque fois que la vitesse change, en valeur ou en direction.
Principe d'inertie et repos ou mouvement
Un objet continue à se déplacer en ligne droite à vitesse constante, ou reste au repos, tant que les forces qui s'exercent sur lui se compensent (ou s'il n'en subit aucune). C'est la première loi de Newton.
Exemple
Dans une voiture qui freine brutalement, tu continues à avancer (tu te penches en avant) car ton corps veut garder son mouvement : l'inertie.
À retenir : Si les forces qui s'exercent sur lui se compensent, un objet immobile reste immobile et un objet en mouvement continue en ligne droite à vitesse constante.
Variation de vitesse, somme des forces et rôle de la masse
Si les forces qui s'exercent sur un objet ne se compensent pas, son vecteur vitesse varie. Entre deux instants proches, la variation du vecteur vitesse a la même direction et le même sens que la somme des forces. Pour une même somme des forces, plus la masse de l'objet est grande, plus sa vitesse varie peu.
Exemple
Pousser un chariot vide change beaucoup sa vitesse ; pousser avec la même force un chariot rempli la change moins. Pousser plus fort fait varier davantage la vitesse du chariot vide.
À retenir : $\sum \vec{F} \approx m \times \frac{\Delta \vec{v}}{\Delta t}$ : pour une durée Δt courte, la somme des forces est liée à la variation du vecteur vitesse, et la masse m traduit la difficulté à modifier le mouvement.
Force gravitationnelle entre deux masses
Deux objets massifs s'attirent toujours l'un vers l'autre. Cette attraction dépend de leurs masses et de la distance qui les sépare. C'est la gravitation universelle.
Exemple
La Terre t'attire vers le bas, c'est pourquoi tu ne flottes pas. Deux balles de bowling s'attirent aussi très légèrement, mais tu ne le vois pas car la force est très faible.
À retenir : $F = G \times \frac{m_1 \times m_2}{d^2}$ où G est la constante universelle, m1 et m2 les masses, d la distance.
Force électrique et loi de Coulomb
Deux charges électriques s'attirent si elles sont opposées (+ et -) ou se repoussent si elles sont identiques (+ et + ou - et -). La force dépend des charges et de la distance.
Exemple
Un ballon chargé électriquement attire de petits morceaux de papier neutre. Deux ballons frottés sur les cheveux, chargés du même signe, se repoussent.
À retenir : $F = k \times \frac{|q_1 \times q_2|}{d^2}$ où k est la constante de Coulomb, q1 et q2 les charges, d la distance.
Les points clés
- Le vecteur vitesse est tangent à la trajectoire et décrit direction et rapidité du mouvement.
- Le vecteur vitesse varie si la vitesse change en valeur ou en direction.
- Première loi de Newton : si les forces se compensent, le vecteur vitesse reste constant (ou l'objet reste au repos).
- Lien forces-mouvement : $\sum \vec{F} \approx m \times \frac{\Delta \vec{v}}{\Delta t}$ ; plus la masse est grande, moins la vitesse varie pour une même somme des forces.
- Force gravitationnelle : $F = G \times \frac{m_1 \times m_2}{d^2}$, toujours attractive.
- Force électrique (Coulomb) : $F = k \times \frac{|q_1 \times q_2|}{d^2}$, attractive ou répulsive selon les signes des charges.
L'essentiel
Les forces provoquent des changements de mouvement (variation du vecteur vitesse). Si les forces se compensent, le mouvement ne change pas : c'est le lien central entre forces et mouvements.
Exercices d'entraînement
Entraîne-toi sur ces exercices, puis fais-toi corriger pas à pas par le tuteur.
Exercice 1
Une voiture de masse 1200 kg roule en ligne droite ; sa vitesse passe de 10 m/s à 12 m/s en 1 s. Quelle est la valeur de la somme des forces qui s'exercent sur elle ? Explique ce qui se passerait si la route était mouillée (moins d'adhérence).
Corrige cet exercice avec le tuteur →Exercice 2
Deux charges électriques identiques de 3 μC (microcoulombs) sont placées à 0,1 m l'une de l'autre. Sont-elles attirées ou repoussées ? Calcule la force (avec k = 9 × 10⁹ N·m²/C²).
Corrige cet exercice avec le tuteur →