Sommaire
- La chronophotographie
- Trois types de trajectoires
- Des trajectoires dans la vie courante
- Le mouvement dépend de l'observateur
- Bilan : la carte mentale du mouvement
- L'essentiel, cartes mémoire et quiz final
- 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.
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
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).
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
Trois types de trajectoires
J'observe — trois chronophotographies
Je comprends
Trajectoire en ligne droite.
Trajectoire en forme de cercle ou d'arc de cercle.
Trajectoire courbe qui n'est ni une droite, ni un cercle.
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.
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
Des trajectoires dans la vie courante
Je m'entraîne — classe chaque situation (observateur immobile sur le sol)
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.
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.
Lequel des deux observateurs a raison ?
Je comprends
- Pour le passager, la balle tombe verticalement : trajectoire rectiligne. Il bouge avec le camion, comme la balle.
- Pour le piéton, la balle tombe et avance en même temps que le camion : trajectoire curviligne.
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 ».
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.
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
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
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.