Mouvement, interactions et forces en 3ème
Cours complet, points clés à retenir et exercices d'entraînement de mouvement, interactions et forces pour les élèves de 3ème. Conforme au programme officiel.
Réviser notion par notion
- Référentiel et caractérisation du mouvement
- Vitesse moyenne et calcul
- Mouvements rectiligne uniforme et varié
- Action mécanique et force
- Représentation vectorielle d'une force
- Interactions de contact et à distance
- Interaction gravitationnelle
- Poids, masse et relation P = m × g
- Gravitation universelle et système solaire
Ce que tu vas réviser
- Référentiel et caractérisation d'un mouvement
- Vitesse moyenne ; mouvements rectiligne uniforme, accéléré, ralenti
- Action mécanique et force (caractéristiques : direction, sens, valeur)
- Représentation d'une force par un vecteur
- Interactions de contact et à distance
- Interaction gravitationnelle, poids et masse
- Relation P = m × g
- Gravitation universelle ; système solaire
Référentiel et caractérisation du mouvement
Un référentiel est un objet de référence par rapport auquel on décrit le mouvement d'un autre objet. Un mouvement est décrit par sa trajectoire (la ligne parcourue) et sa vitesse.
Exemple
Assis dans un bus qui roule, tu es immobile par rapport au bus (référentiel bus), mais tu te déplaces par rapport à la route (référentiel route). La trajectoire est différente selon le référentiel choisi.
À retenir : Le mouvement est toujours décrit par rapport à un référentiel choisi au préalable.
Vitesse moyenne et calcul
La vitesse moyenne est la distance totale parcourue divisée par le temps total mis pour la parcourir. Elle s'exprime en mètres par seconde (m/s) ou en kilomètres par heure (km/h).
Exemple
Si tu parcours 30 km en 30 minutes sur une route, ta vitesse moyenne est 60 km/h. Sur ton trajet, tu as roulé parfois plus vite, parfois moins vite, mais en moyenne : 60 km/h.
À retenir : $v = \frac{d}{t}$ où v est la vitesse, d la distance et t le temps.
Mouvements rectiligne uniforme et varié
Un mouvement rectiligne uniforme (MRU) suit une ligne droite à vitesse constante. Un mouvement varié change de vitesse : il peut être accéléré (vitesse augmente) ou ralenti (vitesse diminue).
Exemple
Une voiture sur l'autoroute à 130 km/h constant = MRU. La même voiture qui accélère au démarrage = mouvement accéléré. Qui freine à un feu = mouvement ralenti.
À retenir : Vitesse constante = MRU ; vitesse qui change = mouvement accéléré ou ralenti.
Action mécanique et force
Une action mécanique est une interaction qui peut modifier le mouvement ou la forme d'un objet. Une force est la représentation de cette action. Une force a quatre caractéristiques : point d'application, direction, sens et valeur (intensité).
Exemple
Quand tu tires sur un ressort, tu exerces une force. Le ressort s'allonge. La force a un point d'application (l'endroit où ta main tient le ressort), une direction (horizontale), un sens (vers la droite) et une intensité (plus ou moins fort).
À retenir : Une force a quatre caractéristiques : point d'application, direction, sens, et valeur mesurée en newtons (N).
Représentation vectorielle d'une force
Une force est représentée par un vecteur : une flèche qui part du point d'application. La longueur de la flèche indique la valeur de la force ; son orientation indique la direction et le sens.
Exemple
Un footballeur tire dans un ballon. On dessine une flèche partant du ballon, pointant dans la direction et le sens du tir. Une flèche plus longue = un coup plus puissant.
À retenir : Une force se représente par une flèche partant du point d'application, avec une longueur proportionnelle à sa valeur.
Interactions de contact et à distance
Une interaction de contact se produit quand deux objets se touchent (friction, collision). Une interaction à distance agit sans contact (gravité, aimant).
Exemple
Contact : tu pousses une porte, tes mains la touchent. À distance : la Terre te maintient au sol sans te toucher grâce à la gravité. Un aimant attire un clou sans le toucher.
À retenir : Contact = les objets se touchent ; à distance = action sans contact.
Interaction gravitationnelle
Tous les objets qui ont une masse s'attirent mutuellement. C'est l'interaction gravitationnelle. Elle est très faible entre petits objets, mais énorme entre des astres comme la Terre et la Lune.
Exemple
La Terre et la Lune s'attirent mutuellement : c'est cette attraction qui maintient la Lune en orbite autour de la Terre. De même, la Terre t'attire vers elle : c'est ton poids qui te maintient au sol. Les planètes tournent autour du Soleil à cause de l'attraction gravitationnelle du Soleil.
À retenir : Tous les objets s'attirent par la gravité, mais cette force est très faible sauf entre des objets massifs comme les astres.
Poids, masse et relation P = m × g
La masse est la quantité de matière dans un objet (constante partout). Le poids est la force d'attraction gravitationnelle qu'exerce l'astre (la Terre, la Lune…) sur l'objet placé à sa surface. Le poids change selon le lieu (sur la Lune tu pèses moins, sur Jupiter tu pèses plus).
Exemple
Tu as une masse de 50 kg partout dans l'univers. Sur Terre (g ≈ 9,8 N/kg, arrondi à 10 N/kg), ton poids vaut environ 500 N. Sur la Lune (g ≈ 1,6 N/kg), il vaudrait environ 80 N. La masse ne change pas, mais le poids oui.
À retenir : $P = m \times g$ où P est le poids (N), m la masse (kg), et g l'intensité de la pesanteur (g ≈ 9,8 N/kg sur Terre, souvent arrondi à 10 N/kg dans les exercices).
Gravitation universelle et système solaire
La gravitation universelle est la force qui attire tous les objets massifs de l'univers. Elle maintient les planètes en orbite autour du Soleil et les satellites autour des planètes.
Exemple
Le Soleil attire toutes les planètes. La Terre attire la Lune qui tourne autour d'elle. Sans cette attraction, les planètes ne resteraient pas en orbite : elles partiraient en ligne droite. Les 8 planètes restent en orbite autour du Soleil grâce à elle.
À retenir : L'attraction gravitationnelle du Soleil maintient les planètes sur leur orbite.
Les points clés
- Un mouvement se décrit toujours par rapport à un référentiel.
- Vitesse moyenne = distance / temps, formule : $v = \frac{d}{t}$
- Un mouvement peut être rectiligne uniforme (vitesse constante) ou varié (accéléré ou ralenti).
- Une force a quatre caractéristiques : point d'application, direction, sens, valeur en newtons.
- Une force se représente par un vecteur (flèche) partant du point d'application.
- Contact = les objets se touchent ; à distance = aucun contact.
- Tous les objets s'attirent par la gravité (interaction gravitationnelle).
- Poids = masse × intensité de la pesanteur : $P = m \times g$ (g ≈ 9,8 N/kg sur Terre, souvent arrondi à 10 N/kg dans les exercices).
- La masse est constante partout, le poids varie selon le lieu.
- La gravitation universelle maintient les planètes en orbite autour du Soleil.
L'essentiel
Le mouvement s'analyse par un référentiel, les forces agissent sur les objets pour modifier leur vitesse ou leur forme, et la gravitation universelle maintient les planètes en orbite autour du Soleil.
Exercices d'entraînement
Entraîne-toi sur ces exercices, puis fais-toi corriger pas à pas par le tuteur.
Exercice 1
Un cycliste parcourt 18 km en 45 minutes. Calcule sa vitesse moyenne en km/h, puis en m/s.
Corrige cet exercice avec le tuteur →Exercice 2
Un objet de masse 40 kg est posé sur Terre (g = 10 N/kg). Calcule son poids. Quel serait son poids sur la Lune où g = 1,6 N/kg ?
Corrige cet exercice avec le tuteur →