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Cinématique

Physique A-Level · Sujet 2

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20:32

Cinématique

En 1971, un astronaute s'est tenu sur la Lune et a tendu un marteau et une plume. Sur Terre, la plume flotterait lentement vers le bas, loin derrière le marteau. Mais la…

Narration en anglais · Sous-titres anglais + 中文 incrustés

2.1

Définitions clés

Programme
  1. définir et utiliser distance, déplacement, vitesse scalaire, vitesse vectorielle et accélération
  2. utiliser des méthodes graphiques pour représenter la distance, le déplacement, la vitesse scalaire, la vitesse vectorielle et l'accélération
  3. déterminer le déplacement à partir de l'aire sous un graphe vitesse–temps
  4. déterminer la vitesse à l'aide de la pente d'un graphe déplacement–temps
  5. déterminer l'accélération à l'aide de la pente d'un graphe vitesse–temps
  6. déduire, à partir des définitions de la vitesse et de l'accélération, des équations qui représentent un mouvement uniformément accéléré en ligne droite
  7. résoudre des problèmes à l'aide d'équations représentant un mouvement uniformément accéléré en ligne droite, y compris le mouvement de corps tombant dans un champ gravitationnel uniforme sans résistance de l'air
  8. décrire une expérience pour déterminer l'accélération de la pesanteur en utilisant un objet en chute libre
  9. décrire et expliquer le mouvement dû à une vitesse constante dans une direction et à une accélération constante dans une direction perpendiculaire

Source : Programme Cambridge International

Lancé vs jeté : tombant ensemble
Un compteur de vitesse
Un compteur de vitesse affiche la vitesse : la distance parcourue par unité de temps.

Ces cinq grandeurs reviennent dans presque toutes les questions de cinématique 运动学. Apprenez les mots exacts — l'examinateur attribue des points pour une formulation précise.

  • distance 距离 — la longueur totale du parcours parcouru. Un scalaire 标量.
  • déplacement 位移 — la distance en ligne droite du départ à l'arrivée, avec une direction. Un vecteur 矢量.
  • vitesse 速率 — le taux de variation de la distance par rapport au temps. Une grandeur scalaire.
  • vélocité 速度 — le taux de variation du déplacement par rapport au temps. Un vecteur.
  • accélération 加速度 — le taux de variation de la vélocité par rapport au temps. Un vecteur.

L'unité de la vitesse et de la vélocité est $\text{m s}^{-1}$ ; l'unité de l'accélération est $\text{m s}^{-2}$.

Deux autres expressions utilisées par l'examinateur : accélération uniforme 匀加速 signifie accélération constante (droite sur un graphique vélocité-temps), et l'accélération de la chute libre 自由落体加速度 $g$ est l'accélération d'un objet tombant librement dans un champ gravitationnel uniforme 匀强重力场 lorsque la résistance de l'air est négligeable 可忽略的 (assez faible pour être ignorée).

Une erreur fréquente : la décélération 减速度 signifie simplement une accélération dans la direction opposée à la vélocité. Ce n'est pas une grandeur distincte.

Les vitesses sont parfois données en $\text{km h}^{-1}$. Convertissez avant de calculer : $85\ \text{km h}^{-1} = 85 \times 1000 / 3600 = 23.6\ \text{m s}^{-1}$.

Une caméra de contrôle de vitesse moyenne sur un portique autoroutier
Une caméra de vitesse mesure la vitesse moyenne sur une distance connue — déplacement sur temps, transformé en une amende
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Le graphique vitesse–temps

v = u + at

Sur un graphique vitesse–temps, la pente représente l'accélération et l'aire sous la courbe représente la distance parcourue.

Vocabulaire Entrainer
Anglais Chinois Pinyin
speed/spiːd/ 速率 sù lǜ
distance/ˈdɪstəns/ 距离 jù lí
kinematics/ˌkɪnɪˈmætɪks/ 运动学 yùn dòng xué
scalar/ˈskeɪlə/ 标量 biāo liàng
2.1

Graphiques de mouvement

Beaucoup de points proviennent de la lecture ou du tracé de graphiques de mouvement, les méthodes graphiques 图像法 nommés par le programme. Deux graphiques sont importants.

Graphique déplacement–temps

La pente 斜率 (raideur) d'un graphique déplacement–temps à un point donne la vélocité à cet instant.

  • ligne plate → l'objet est immobile.
  • ligne droite inclinée → vélocité constante (pente = vélocité).
  • courbe → vélocité variable. Tracer une tangente 切线 au point et trouver sa pente.
Un graphique déplacement–temps d'une voiture sur un circuit d'essai : la courbe commence peu pentue, s'incline davantage alors que la voiture accélère, puis s'aplatit ; une tangente tracée à un point montre la vélocité instantanée là
Graphique position–temps d'une voiture sur un circuit d'essai

Graphique vélocité–temps

La pente d'un graphique vélocité–temps donne l'accélération à cet instant.

La surface entre la ligne et l'axe du temps donne le déplacement durant ce temps.

  • ligne plate → vélocité constante (accélération nulle).
  • ligne droite inclinée → accélération uniforme (accélération constante).
  • courbe → accélération variable.
  • surface au-dessus de l'axe du temps est un déplacement positif ; surface en dessous est négative (l'objet a reculé).
Graphique vélocité–temps montrant une forme triangulaire : la vélocité monte vers un sommet puis redescend à zéro ; la pente de chaque ligne est l'accélération et la zone ombragée sous la ligne est le déplacement total
Graphique vélocité–temps — la pente donne l'accélération, la surface donne le déplacement
Graphique accélération–temps associé au graphique vélocité–temps ci-dessus : une accélération positive constante, puis une chute à une accélération négative constante
Graphique accélération–temps dérivé du même mouvement

Pour trouver le déplacement, diviser la surface en triangles et rectangles, ou compter les carreaux. Aire d'un triangle = $\tfrac{1}{2} \times \text{base} \times \text{height}$ ; aire d'un rectangle = $\text{base} \times \text{height}$.

Exemple résolu. Le graphique montre la vélocité d'un ascenseur. Trouver l'accélération à chaque étape et la distance totale parcourue.

Un graphique vitesse–temps sur une grille : la vitesse augmente en ligne droite de 0 à 3.0 mètres par seconde au cours des premières 4.0 secondes (étape A), reste constante à 3.0 mètres par seconde de 4.0 à 10.0 secondes (étape B), puis diminue en ligne droite jusqu'à zéro à 12.0 secondes (étape C) ; l'aire sous la courbe entière est ombrée
Graphique vélocité–temps d'un ascenseur : la pente donne chaque accélération, la zone ombragée donne la distance
  • Étape A : pente $= \dfrac{3.0 - 0}{4.0} = 0.75\ \text{m s}^{-2}$.
  • Étape B : la ligne est plate, donc l'accélération est nulle.
  • Étape C : pente $= \dfrac{0 - 3.0}{2.0} = -1.5\ \text{m s}^{-2}$ (une décélération de $1.5\ \text{m s}^{-2}$).
  • Distance : triangle A $= \tfrac{1}{2} \times 4.0 \times 3.0 = 6.0\ \text{m}$, rectangle B $= 6.0 \times 3.0 = 18\ \text{m}$, triangle C $= \tfrac{1}{2} \times 2.0 \times 3.0 = 3.0\ \text{m}$ ; total $27\ \text{m}$.

Quand le graphique est une courbe, la surface est toujours le déplacement : compter les carreaux sous la courbe (un demi-carré ou plus compte pour un) et multiplier par la valeur d'un carreau.

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Lire un graphique vitesse–temps

Changez la vitesse initiale u et l'accélération a. Le gradient de la ligne est l'accélération ; l'aire sous celle-ci est le déplacement.

Vocabulaire Entrainer
Anglais Chinois Pinyin
displacement/dɪˈspleɪsmənt/ 位移 wèi yí
vector/ˈvektə/ 矢量 shǐ liàng
velocity/vəˈlɒsɪti/ 速度 sù dù
acceleration/əkˌseləˈreɪʃn/ 加速度 jiā sù dù
uniform acceleration/ˈjuːnɪfɔːm əkˌseləˈreɪʃn/ 匀加速 yún jiā sù
acceleration of free fall/əkˌseləˈreɪʃn ɒv friː fɔːl/ 自由落体加速度 zì yóu luò tǐ jiā sù dù
tangent/ˈtændʒənt/ 切线 qiè xiàn
trapezium/trəˈpiːzɪəm/ 梯形 tī xíng
2.1

Les quatre équations SUVAT

Pour un mouvement en ligne droite avec accélération uniforme, nous utilisons cinq symboles : vélocité initiale $u$, vélocité finale $v$, accélération $a$, déplacement $s$, et temps $t$. Quatre équations les relient :

$$v = u + at$$
$$s = ut + \tfrac{1}{2} a t^{2}$$
$$s = \tfrac{1}{2}(u + v)t$$
$$v^{2} = u^{2} + 2as$$

Chaque équation utilise quatre des cinq symboles. Pour choisir la bonne : écrire ce que vous savez et ce que vous cherchez, puis choisir l'équation avec exactement ces quatre.

Exemple résolu. Une voiture accélère uniformément de $8\ \text{m s}^{-1}$ à $20\ \text{m s}^{-1}$ sur une distance de $56\ \text{m}$. Trouver son accélération.

Nous connaissons $u$, $v$ et $s$ et voulons trouver $a$, donc utilisons $v^{2} = u^{2} + 2as$ :

$$20^{2} = 8^{2} + 2a(56) \quad\Rightarrow\quad 336 = 112\,a \quad\Rightarrow\quad a = 3.0\ \text{m s}^{-2}.$$

Origine des équations SUVAT

Vous devriez pouvoir obtenir celles-ci à partir des définitions de vélocité et d'accélération. Pensez au graphique vélocité–temps du mouvement : une ligne droite de $u$ à $t = 0$ et $v$ à temps $t$.

  • $v = u + at$ : l'accélération est la pente, $a = (v - u)/t$, donc $v = u + at$.
  • $s = \tfrac{1}{2}(u + v) t$ : le déplacement est la surface sous la ligne, un trapèze 梯形 avec côtés parallèles $u$ et $v$ et largeur $t$, donc $s = \tfrac{1}{2}(u + v)t$.
  • $s = ut + \tfrac{1}{2}at^{2}$ : insérez $v = u + at$ dans la formule de l'aire : $s = \tfrac{1}{2}(u + u + at)t = ut + \tfrac{1}{2}at^{2}$.
  • $v^{2} = u^{2} + 2as$ : de la première équation $t = (v - u)/a$ ; mettre ceci dans $s = \tfrac{1}{2}(u + v)t$ pour obtenir $2as = (v + u)(v - u) = v^{2} - u^{2}$.

Une question « dériver » demande exactement ces étapes, chacune partant d'une définition ou d'une équation déjà établie, sans nombres.

Parabole déplacement–temps pour accélération uniforme : la courbe monte depuis l'origine et s'incline davantage, avec une tangente tracée à un point étiquetée pente égale v
Graphique position–temps pour une accélération uniforme — la pente en tout point égale la vitesse instantanée

Si une question demande « quelle équation peut être trouvée en utilisant uniquement la pente d'un graphique vélocité–temps ? », la réponse est $v = u + at$ (la pente est l'accélération).

Questions de type « Montrer que ». Lorsque la question donne la réponse (« montrer que la hauteur est 3.2 km »), les points sont attribués pour la méthode. Écrivez l'équation, substituez chaque valeur avec son unité, et donnez le résultat avec un chiffre significatif de plus que la valeur indiquée ($3.24\ \text{km}$, qui s'arrondit à $3.2\ \text{km}$). Atteindre la valeur indiquée ne prouve rien en soi.

Choisir une direction positive

Choisir une direction positive au début et la garder. Tout ce qui pointe dans l'autre sens reçoit un signe moins. Pour une balle lancée verticalement vers le haut, si « haut » est positif : $u$ est positif, $a = -g$ (gravité 重力 tire vers le bas), et au point le plus haut le déplacement est positif mais la vélocité est nulle.

Vocabulaire Entrainer
Anglais Chinois Pinyin
parabola/pəˈræbələ/ 抛物线 pāo wù xiàn
gravity/ˈɡrævɪti/ 重力 zhòng lì
symmetric/sɪˈmetrɪk/ 对称 duì chèn
terminal velocity/ˈtɜːmɪnl vəˈlɒsɪti/ 收尾速度 shōu wěi sù dù
2.1

Chute libre sous gravité

Lorsque la résistance de l'air 空气阻力 peut être ignorée, un objet en chute libre 自由落ite une accélération constante $g \approx 9.81\ \text{m s}^{-2}$ vers le bas. C'est la même pour chaque masse.

Pour une balle lâchée sans vitesse initiale et tombant d'une distance $h$ :

$$h = \tfrac{1}{2}gt^{2}, \qquad v = gt, \qquad v^{2} = 2gh.$$

Pour une balle lancée verticalement vers le haut avec une vitesse $u$ :

  • hauteur maximale : mettre $v = 0$ dans $v^{2} = u^{2} - 2gh$, donnant $h = u^{2}/(2g)$.
  • temps pour atteindre le sommet : mettre $v = 0$ dans $v = u - gt$, donnant $t = u/g$.
  • temps total pour retomber à la hauteur de départ : $2u/g$ (le mouvement est symétrique 对称).

Exemple résolu. Une balle est lancée verticalement vers le haut à $20\ \text{m s}^{-1}$. Trouver la hauteur maximale atteinte (prendre $g = 9.81\ \text{m s}^{-2}$).

Au point le plus haut $v = 0$, donc à partir de $h = u^{2}/(2g)$ :

$$h = \frac{20^{2}}{2 \times 9.81} = \frac{400}{19.62} \approx 20.4\ \text{m}.$$

Quand la résistance de l'air n'est pas négligeable

Les équations ci-dessus supposent que seule la pesanteur s'applique. Avec la résistance de l'air, la force résultante sur un objet en chute est inférieure à son poids, donc l'accélération est inférieure à $g$ ; et comme la résistance de l'air augmente avec la vitesse, l'accélération continue de diminuer alors que l'objet accélère. Sur un graphique vitesse–temps, la courbe s'infléchit, sa pente tendant vers zéro lorsque l'objet approche de la vitesse terminale 收尾速度 (sujet 3). Pour un projectile, la résistance de l'air réduit la portée et abaisse la hauteur maximale, et la trajectoire n'est plus une parabole 抛物线 symétrique : l'objet redescend plus raide qu'il ne montait. Une question « état et expliquer » demande d'abord la force, puis son effet sur l'accélération, ensuite son effet sur le mouvement.

Expérience pour déterminer $g$

Méthode courante : laisser tomber un objet au repos, puis mesurer la distance $h$ parcourue en chute libre et le temps $t$ mis pour y parvenir. Puis

$$g = \frac{2h}{t^{2}}.$$

Répéter pour plusieurs hauteurs et tracer $h$ en fonction de $t^{2}$. La pente de la droite de meilleure ajustement est $g/2$, donc $g$ est le double de cette pente. Répéter permet de réduire l'erreur aléatoire 随机误差. Un chronomètre électronique — utilisant des portes optiques 光电门, ou un interrupteur heurté par la balle — élimine l'erreur de temps de réaction 反应时间.

Dispositif expérimental pour mesurer g : un interrupteur de relâche coupe le courant d'un électaimant, ce qui fait tomber une bille d'acier et déclenche un chronomètre électronique ; la bille tombe d'une hauteur h mesurée et frappe un interrupteur de trappe qui arrête le chronomètre
Dispositif expérimental pour mesurer l'accélération due à la chute libre
Vocabulaire Entrainer
Anglais Chinois Pinyin
free fall/friː fɔːl/ 自由落体 zì yóu luò tǐ
uniform gravitational field/ˈjuːnɪfɔːm ˌɡrævɪˈteɪʃənl fiːld/ 匀强重力场 yún qiáng zhòng lì chǎng
air resistance/eə rɪˈzɪstəns/ 空气阻力 kōng qì zǔ lì
negligible/ˈneɡlɪdʒəbl/ 可忽略的 kě hū lüè de
deceleration/dɪˌseləˈreɪʃn/ 减速度 jiǎn sù dù
graphical methods/ˈɡræfɪkl ˈmeθədz/ 图像法 tú xiàng fǎ
2.1

Mouvement dans deux directions

Des jets d'eau sortent d'une même buse d'arroseur à la même vitesse mais sous différents angles (, , ) ; chacun trace une parabole, et le jet  atteint la plus grande portée
Les jets d'eau d'un arroseur suivent des trajectoires paraboliques — un exemple réel du mouvement de projectiles

Lorsqu'un objet se déplace à vitesse constante dans une direction (disons horizontale 水平) et accélère dans une direction perpendiculaire (disons verticale 竖直, sous l'effet de la gravité), les deux mouvements sont indépendants. Traitez chaque direction séparément, avec sa propre équation SUVAT.

Lancer horizontal

Un objet lancé horizontalement à la vitesse $u_{\text{H}}$ depuis une hauteur $h$, en négligeant la résistance de l'air :

  • horizontal : vitesse constante $u_{\text{H}}$. Après un temps $t$, la distance horizontale est $x = u_{\text{H}} t$.
  • vertical : part du repos et accélère vers le bas à $g$. Après un temps $t$, il a chuté de $y = \tfrac{1}{2} g t^{2}$ et possède une vitesse verticale $v_{\text{V}} = g t$.

Le temps pour atteindre le sol dépend uniquement de la hauteur $h$, pas de $u_{\text{H}}$. Résolvez $h = \tfrac{1}{2} g t^{2}$ pour obtenir $t$ ; ensuite la portée 射程 horizontale est $u_{\text{H}} t$.

Exemple résolu. Une balle est lancée horizontalement à $15\ \text{m s}^{-1}$ depuis le sommet d'une falaise haute de $20\ \text{m}$. Trouver le temps mis pour toucher le sol et la distance depuis la base où elle atterrit (prendre $g = 9.81\ \text{m s}^{-2}$).

Le mouvement vertical donne le temps : à partir de $h = \tfrac{1}{2}g t^{2}$,

$$t = \sqrt{\frac{2h}{g}} = \sqrt{\frac{2 \times 20}{9.81}} \approx 2.0\ \text{s}.$$

Le mouvement horizontal donne ensuite la portée : $x = u_{\text{H}} t = 15 \times 2.0 \approx 30\ \text{m}.$

Le graphique de la vitesse horizontale est une ligne horizontale à $u_{\text{H}}$. Le graphique de la vitesse verticale est une droite passant par l'origine avec une pente de $g$.

Comparaison de deux objets. Si l'objet A est lâché sans vitesse initiale et que l'objet B est lancé horizontalement depuis la même hauteur au même instant, ils atteignent le sol en même temps : leurs mouvements verticaux sont identiques. Si au contraire B est lancé avec une composante ascendante, il met plus de temps, car il doit d'abord monter et revenir à la hauteur de départ avant de chuter la même distance. Sa vitesse à l'atterrissage se calcule toujours par conservation de l'énergie : l'énergie cinétique gagnée égale l'énergie potentielle perdue, quelle que soit la direction du lancer, donc une balle lancée sous n'importe quel angle avec la même vitesse depuis la même hauteur atterrit avec la même vitesse (sujet 5).

Projectile lancé sous un angle

Un projectile 抛体 lancé à la vitesse $u$ sous un angle $\theta$ au-dessus de l'horizontale :

Diagramme d'un projectile lancé à un angle  au-dessus de l'horizontale : trajectoire parabolique depuis l'origine, la vitesse initiale  résolue en composante horizontale  et composante verticale , avec les axes  et  étiquetés
Projectile lancé sous un angle $\theta$ — les mouvements horizontal et vertical sont indépendants
  • composante horizontale 分量 de la vitesse initiale : $u_{\text{H}} = u \cos\theta$ (reste constante pendant toute la trajectoire).
  • composante verticale de la vitesse initiale : $u_{\text{V}} = u \sin\theta$ (diminue, devient nulle au sommet, puis croît vers le bas).

Au point le plus haut, $v_{\text{V}} = 0$, mais $v_{\text{H}}$ vaut encore $u\cos\theta$. Le temps pour atteindre le sommet est $t_{\text{up}} = u\sin\theta / g$ ; le temps total de vol (retour à la hauteur de départ) est $2t_{\text{up}}$.

Esquisser les graphiques de vitesse. Les examinateurs demandent souvent de dessiner $v_{\text{H}}$ et $v_{\text{V}}$ en fonction du temps sur les mêmes axes, en prenant le haut comme positif. La composante horizontale est une ligne plate à $u\cos\theta$ pour tout le vol. La composante verticale est une droite de pente $-g$ : elle commence à $+u\sin\theta$, traverse zéro au sommet du vol, et atteint $-u\sin\theta$ à l'atterrissage à la hauteur de départ. Étiquetez chaque ligne, marquez les instants de début et de fin, et faites en sorte que le croisement soit exactement à $t_{\text{up}}$.

Deux croquis vitesse–temps pour un projectile avec le haut positif. Gauche : la composante horizontale est une ligne plate à u cos θ pour toute la durée du vol. Droite : la composante verticale est une ligne droite de gradient moins g partant de plus u sin θ, passant par zéro au sommet du vol, jusqu'à moins u sin θ à l'atterrissage
Graphiques vitesse–temps pour un projectile : la composante horizontale reste constante ; la composante verticale décroît en ligne droite en traversant zéro au sommet

Exemple résolu. Une balle quitte le sol à $18\ \text{m s}^{-1}$ sous un angle $60°$ par rapport à l'horizontale. Montrez qu'elle atteint sa hauteur maximale à $t = 1.6\ \text{s}$.

$u_{\text{V}} = 18 \sin 60° = 15.6\ \text{m s}^{-1}$. Au sommet $v_{\text{V}} = 0$, donc à partir de $v = u + at$ avec $a = -9.81\ \text{m s}^{-2}$ : $t = 15.6 / 9.81 = 1.59\ \text{s} \approx 1.6\ \text{s}$.

Projectile lancé à un angle  par rapport au sol plat : une trajectoire parabolique montrant la portée  du point de lancement au point d'atterrissage et la hauteur maximale  au milieu
Portée $R$ d'un projectile lancé depuis et atterrissant sur un sol plat

Balle rebondissante

Lorsqu'une balle rebondit, son graphique vitesse–temps est une série de droites inclinées (accélération constante $g$) avec un saut brusque à chaque rebond (la vitesse change de sens et diminue si une partie de l'énergie 能量 est perdue). Additionnez les durées et les distances entre les rebonds.

Graphique vitesse–temps d'une bille lâchée sans vitesse initiale qui rebondit trois fois, avec le bas positif : chaque vol est une ligne droite de gradient g ; à chaque rebond, la vitesse change de signe sur une ligne presque verticale et revient à une valeur inférieure, donc chaque vol est plus court que le précédent
Balle rebondissante : toutes les droites inclinées ont une pente de $g$ ; la vitesse change de signe et diminue à chaque rebond

Lisez attentivement un tel graphique : la pente de chaque droite inclinée est la même $g$ ; la balle est au point le plus haut partout où la droite traverse l'axe des temps ; et la hauteur de chaque rebond correspond à l'aire du triangle au-dessus (ou en dessous) de l'axe pour cette phase de vol.

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Lancer un projectile

Tirez la balle, puis changez l'angle et la vitesse. Le mouvement horizontal est régulier tandis que la gravité l'attire vers le bas — ensemble ils tracent une parabole. Trouvez l'angle pour la portée maximale, et essayez la Lune.

Vocabulaire Entrainer
Anglais Chinois Pinyin
projectile/prəˈdʒektaɪl/ 抛体 pāo tǐ
gradient/ˈɡreɪdɪənt/ 斜率 xié lǜ
range/reɪndʒ/ 射程 shè chéng
random error/ˈrændəm ˈerə/ 随机误差 suí jī wù chā
light gate/laɪt ɡeɪt/ 光电门 guāng diàn mén
reaction-time/rɪˈækʃn taɪm/ 反应时间 fǎn yìng shí jiān
horizontal/ˌhɒrɪˈzɒntl/ 水平 shuǐ píng
vertical/ˈvɜːtɪkl/ 竖直 shù zhí
component/kəmˈpəʊnənt/ 分量 fèn liàng
energy/ˈenədʒi/ 能量 néng liàng
2.1

Deux objets se rencontrant

Lorsque deux objets se déplacent le long de la même ligne de manière différente, écrivez une équation de déplacement pour chacun. Utilisez la même heure de départ et la même direction positive. Ensuite, égalisez les deux déplacements (ou fixez leur différence à une distance donnée).

Pour un train de marchandises à vitesse constante $u_{\text{G}}$ et un train express partant du repos avec une accélération $a$, tous deux passant par le même point à $t = 0$ :

$$s_{\text{G}} = u_{\text{G}} t, \qquad s_{\text{E}} = \tfrac{1}{2} a t^{2}.$$

Ils sont de nouveau alignés lorsque $s_{\text{G}} = s_{\text{E}}$, ce qui donne $t = 2 u_{\text{G}} / a$.

Deux graphiques s–t se croisent là où les objets sont au même niveau au même moment
Se rencontrent là où les graphiques position–temps se coupent (même s au même t)
2.1

Conseils pour résoudre les problèmes

  1. Dessinez un schéma et marquez la direction positive.
  2. Listez les symboles SUVAT avec leurs valeurs connues et inconnues, y compris les signes.
  3. Choisissez l'équation SUVAT comportant exactement les quatre symboles dont vous disposez, plus celui que vous cherchez.
  4. Pour le mouvement de projectile, séparez en problèmes SUVAT horizontaux et verticaux, liés uniquement par le temps $t$.
  5. Vérifiez toujours les unités de votre réponse et assurez-vous qu'elle est raisonnable.
2.1

Définitions acceptées par l'examinateur

Une question de définition est notée selon un libellé fixe. Apprenez-les exactement et ne donnez qu'une seule réponse.

Terme Définition
distance longueur totale du parcours parcouru (scalaire)
déplacement distance parcourue dans une direction indiquée, du point de départ au point d'arrivée (vecteur)
vitesse taux de variation de la distance par rapport au temps
vecteur vitesse taux de variation du déplacement par rapport au temps
accélération taux de variation de la vitesse par rapport au temps
accélération uniforme accélération constante en grandeur et en direction
accélération de la chute libre accélération d'un objet en chute libre sous l'effet exclusif de la gravité, la résistance de l'air étant négligeable
2.1

Conseils d'examen

  • N'utilisez les équations SUVAT que pour une accélération constante ; listez $s, u, v, a, t$ et sélectionnez l'équation qui ne contient pas votre inconnue.
  • Choisissez une direction comme positif et gardez la cohérence des signes (généralement $g = -9.81\ \text{m s}^{-2}$).
  • Sur un graphique vitesse–temps, la pente $=$ représente l'accélération et l'aire $=$ représente le déplacement.
  • Pour les projectiles, traitez le mouvement horizontal (vitesse constante) et vertical ($a = g$) séparément, liés par le même temps.

Erreurs courantes

  • Dire que la boule la plus lourde touche le sol la première ou plus vite, quand la résistance de l'air est négligée. Elles tombent toutes deux avec la même accélération et atterrissent à la même vitesse.
  • Prendre la pente d'un graphique $v$–$t$ quand la question demande l'aire, ou l'aire quand on demande la pente. La pente est l'accélération ; l'aire est le déplacement.
  • Tracer une courbe sur un graphique $v$–$t$ pour un corps soumis à une accélération constante. Une accélération constante correspond à une ligne droite ; seul le signe de $v$ change lors d'un rebond.
  • Utiliser $g = +9.81$ pour une balle lancée vers le haut avec « haut » comme positif. Une fois le haut défini comme positif, $a = -9.81\ \text{m s}^{-2}$ est négatif pour tout le vol, y compris la descente.
  • Utiliser une équation SUVAT lorsque l'accélération varie (résistance de l'air, graphique courbe). Seules les méthodes graphiques fonctionnent alors.

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