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5e · Cycle 4 · Mouvement et interactions

Décrire un mouvement : trajectoire et observateur

Une balle qui tombe dans un camion, la valve d'une roue de vélo : selon d'où l'on regarde, le même objet ne dessine pas le même chemin.

Le problème du chapitreComment décrire avec des mots précis le chemin suivi par un objet ? Une même balle peut-elle avoir deux trajectoires différentes en même temps ?

Sommaire

  1. La chronophotographie
  2. Trois types de trajectoires
  3. Des trajectoires dans la vie courante
  4. Le mouvement dépend de l'observateur
  5. Bilan : la carte mentale du mouvement
  6. L'essentiel, cartes mémoire et quiz final
À la fin de ce chapitre, je serai capable de :
  • expliquer ce qu'est une chronophotographie et l'exploiter ;
  • décrire la trajectoire d'un point d'un objet : rectiligne, circulaire ou curviligne ;
  • expliquer que la nature d'un mouvement se décrit par rapport à un observateur.

Prérequis : le chapitre « Mesurer le temps » (durée, seconde). Au cycle 3, tu as déjà rencontré les mots « droite » et « cercle » pour décrire un trajet.

Partie 1

La chronophotographie : photographier le mouvement

Je découvre

Dans les années 1880, le Français Étienne-Jules Marey voulait comprendre comment volent les oiseaux. Trop rapide pour l'œil ! Il invente un appareil qui prend plusieurs photos sur la même image, à intervalles de temps réguliers : la chronophotographie (du grec chronos, le temps).

J'observe — fabrique ta chronophotographie

Consigne : choisis un mouvement et l'intervalle entre deux photos, puis clique sur « Prendre les photos ». Active ensuite « Relier les points ».

Questions d'observation : que représente chaque point ? Que se passe-t-il quand tu réduis l'intervalle ?

Je comprends

Définition

Une chronophotographie superpose sur une même image les positions successives d'un point d'un objet en mouvement, enregistrées à intervalles de temps égaux (par exemple toutes les 0,1 s). Chaque point représente la position de ce point de l'objet à un instant donné.

Comme les intervalles sont égaux, on peut comparer les espacements entre les points. Plus l'intervalle est court, plus il y a de points et mieux on voit la forme du chemin. Aujourd'hui, on obtient le même résultat avec une vidéo, en relevant la position image par image (logiciel de pointage).

Définition

La trajectoire d'un point est l'ensemble des positions successives occupées par ce point au cours du mouvement : c'est la « ligne » qu'il dessine.

Je m'entraîne

Partie 2

Trois types de trajectoires

J'observe — trois chronophotographies

ABC

Je comprends

Rectiligne

Trajectoire en ligne droite.

Circulaire

Trajectoire en forme de cercle ou d'arc de cercle.

Curviligne

Trajectoire courbe qui n'est ni une droite, ni un cercle.

Attention, erreur fréquente

Un cercle est bien une courbe, mais on réserve le mot circulaire aux trajectoires en cercle ou en arc de cercle. Le mot curviligne désigne toutes les autres courbes.

Méthode — décrire une trajectoire

1. Je relie mentalement (ou au crayon) les points dans l'ordre. 2. Je regarde la forme : droite ? cercle ? autre courbe ? 3. Je rédige : « Par rapport à … , la trajectoire du point … est … ».

Sur une chronophotographie, on peut aussi observer si les points sont régulièrement espacés ou non : si l'espacement change, le point ne parcourt pas le même chemin pendant chaque intervalle de temps. Le calcul de la vitesse, lui, est au programme de 4e.

Je m'entraîne

Partie 3

Des trajectoires dans la vie courante

Je m'entraîne — classe chaque situation (observateur immobile sur le sol)

Pour aller plus loin

Vue depuis l'espace, la trajectoire de la Terre autour du Soleil est en réalité une ellipse (un cercle légèrement aplati), tellement proche d'un cercle qu'on la décrit au collège comme presque circulaire.

Partie 4

Le mouvement dépend de l'observateur

Je découvre

Un camion roule en ligne droite, toujours à la même vitesse. À l'intérieur, un passager lâche une balle, sans la lancer. Quelle trajectoire voit-il ? Et une personne immobile sur le trottoir ?

J'observe — change d'observateur

Consigne : lâche la balle en te plaçant d'abord dans le camion, puis recommence sur le trottoir. Compare les deux traces.

Observateur :

Lequel des deux observateurs a raison ?

Je comprends

Aucun des deux ne se trompe : ils ne décrivent pas le mouvement par rapport à la même chose. Il n'existe pas de trajectoire « absolue ».

À retenir

La nature du mouvement d'un point d'un objet (sa trajectoire) dépend de l'observateur par rapport auquel on le décrit. Un même mouvement peut être rectiligne pour un observateur et curviligne pour un autre. On dit que le mouvement est relatif.

Méthode

Pour décrire un mouvement, je commence toujours par préciser l'observateur : « Par rapport à la route, … » ou « Pour le passager, … ».

J'observe — la valve d'une roue de vélo

Consigne : la valve est le point orange sur la roue. Observe sa trace pour le cycliste puis pour un piéton immobile.

Pour le cycliste, la valve tourne autour de l'axe de la roue : trajectoire circulaire. Pour le piéton, elle avance en même temps qu'elle tourne : elle dessine des « arches », une trajectoire curviligne.

Je m'entraîne

Partie 5

Bilan : la carte mentale « Mesurer le temps et décrire un mouvement »

Range chaque idée dans la bonne branche de la carte mentale, puis compare avec la carte complète.

Afficher la carte mentale complète
Mesurer le temps etdécrire un mouvement La secondeunité du système international (s)d'abord 1/86 400 du jourdepuis 1967 : atome de césium Variabilité de la mesuretoute mesure : valeur approchéesérie de mesuresmoyenne = plus fiable Trajectoirechronophotographierectiligne · circulairecurviligne Mouvement relatifdépend de l'observateurballe dans le camionvalve de la roue de vélo
Bilan

L'essentiel à retenir

Chronophotographie

  • Positions successives d'un point, à intervalles de temps égaux.
  • L'ensemble des positions = la trajectoire.

Trois trajectoires

  • Rectiligne : droite.
  • Circulaire : cercle ou arc de cercle.
  • Curviligne : autre courbe.

Mouvement relatif

  • Une trajectoire se décrit par rapport à un observateur.
  • Deux observateurs peuvent décrire deux trajectoires différentes, sans se tromper.

Cartes mémoire — touche une carte pour la retourner

Glossaire

Observateur

Personne (ou objet, comme une caméra) par rapport à laquelle on décrit un mouvement.

Référence

Ce qu'on considère comme immobile pour décrire le mouvement : le sol, le camion, le vélo…

Intervalle de temps

Durée entre deux instants, par exemple entre deux photos d'une chronophotographie.

Ellipse

Courbe fermée en forme de cercle aplati : c'est la forme exacte de l'orbite de la Terre.

Quiz final

Je sais faire