Physique-Chimie 3ème — Brevet

Mouvements et forces

Cours complet : vitesse (v = d/t), trajectoire, référentiel, poids et masse (P = m×g), gravitation universelle, énergie cinétique (Ec = ½mv²), actions mécaniques et représentation des forces. Toutes les formules pour le brevet.

Le thème « Mouvements et interactions » est l’un des plus importants au brevet en physique. Il mobilise des calculs de vitesse, la distinction poids/masse, l’énergie cinétique et la représentation des forces — avec des applications concrètes en sécurité routière.

I. Décrire un mouvement

A. Le référentiel

📖 Définition

Un référentiel est l’objet par rapport auquel on étudie le mouvement d’un autre objet. Le mouvement est relatif : il dépend du référentiel choisi.

Un passager assis dans un train est immobile par rapport au train (référentiel du train) mais en mouvement par rapport au quai (référentiel terrestre).

Référentiel Usage
Terrestre Mouvements à la surface de la Terre (voiture, piéton, ballon)
Géocentrique Mouvement de la Lune et des satellites autour de la Terre
Héliocentrique Mouvement des planètes autour du Soleil

B. La trajectoire

📖 Définition

La trajectoire est l’ensemble des positions successives occupées par un objet au cours du temps.

Type de trajectoire Forme Exemple
Rectiligne Ligne droite Voiture sur une route droite, chute libre verticale
Circulaire Cercle (ou arc de cercle) Lune autour de la Terre, aiguille d’une montre
Curviligne Courbe quelconque Ballon lancé (parabole), voiture dans un virage

C. Les types de mouvement

Mouvement Vitesse Distances entre positions successives
Uniforme Constante Égales (régulièrement espacées)
Accéléré Augmente De plus en plus grandes
Ralenti (décéléré) Diminue De plus en plus petites

II. La vitesse

📐 Formule de la vitesse

v = d / t

Avec :
• v = vitesse moyenne (en m/s ou km/h)
• d = distance parcourue (en m ou km)
• t = durée du parcours (en s ou h)

Variantes : d = v × t   et   t = d / v

💡 Conversion m/s ↔ km/h

m/s → km/h : multiplier par 3,6
km/h → m/s : diviser par 3,6

Exemple : 20 m/s × 3,6 = 72 km/h
Exemple : 90 km/h ÷ 3,6 = 25 m/s

Exemple de calcul (type brevet)

Un cycliste parcourt 45 km en 1 h 30 min. Quelle est sa vitesse moyenne ?

Étape Calcul
1. Convertir le temps 1 h 30 min = 1,5 h = 5 400 s
2. Appliquer la formule v = d / t = 45 / 1,5 = 30 km/h
3. Convertir en m/s 30 / 3,6 = 8,3 m/s

III. Les forces et actions mécaniques

📖 Définition

Une force est une action mécanique exercée par un objet sur un autre. Elle peut modifier le mouvement (mise en mouvement, accélération, ralentissement, changement de direction) ou déformer un objet.

A. Types d’actions mécaniques

​ Action de contact Action à distance
Condition Les deux objets se touchent Les deux objets ne se touchent pas
Exemples Pousser un meuble, frotter, tension d’un fil, réaction du sol Gravitation (poids), attraction magnétique (aimant), attraction électrique

B. Caractéristiques d’une force

Une force est représentée par un vecteur défini par 4 caractéristiques :

Caractéristique Signification Exemple (poids)
Point d’application L’endroit où s’exerce la force Centre de gravité de l’objet
Direction La droite sur laquelle agit la force Verticale
Sens Le sens de la force sur cette droite Vers le bas (vers le centre de la Terre)
Intensité (valeur) La « force » de la force, en newtons (N) P = m × g (ex : 49 N pour une masse de 5 kg)
⚠️ Au brevet

On te demande souvent de représenter une force par une flèche sur un schéma. La flèche part du point d’application, pointe dans le bon sens, et sa longueur est proportionnelle à l’intensité (avec une échelle donnée, ex : 1 cm = 5 N).

IV. Poids et masse

​ Masse (m) Poids (P)
Définition Quantité de matière d’un objet Force d’attraction exercée par un astre sur un objet
Unité Kilogramme (kg) Newton (N)
Instrument de mesure Balance Dynamomètre
Dépend du lieu ? Non — identique partout Oui — dépend de l’astre (Terre, Lune, Mars…)
Direction — Verticale, vers le centre de l’astre
📐 Relation poids-masse

P = m × g

Avec :
• P = poids (en N)
• m = masse (en kg)
• g = intensité de pesanteur (en N/kg)

Variantes : m = P / g   et   g = P / m

Valeurs de g sur différents astres

Astre g (N/kg) Poids d’une personne de 60 kg
Terre ≈ 9,8 (≈ 10) 588 N (≈ 600 N)
Lune ≈ 1,6 96 N (6 fois moins que sur Terre)
Mars ≈ 3,7 222 N
Jupiter ≈ 24,8 1 488 N (2,5 fois plus que sur Terre)
💡 Astuce brevet

Au brevet, on simplifie souvent avec g ≈ 10 N/kg sur Terre. Cela facilite les calculs : P = 60 × 10 = 600 N. Vérifiez toujours quelle valeur de g est donnée dans l’énoncé !

V. La gravitation universelle

📖 Définition

La gravitation est une force d’attraction à distance qui s’exerce entre tous les objets possédant une masse. Deux objets quelconques s’attirent mutuellement.

Facteur Effet sur la force de gravitation
Masses des objets Plus les masses sont grandes, plus l’attraction est forte
Distance entre les objets Plus la distance est grande, plus l’attraction est faible

Applications de la gravitation

Phénomène Explication
Chute d’un objet La Terre attire l’objet vers son centre (le poids est une manifestation de la gravitation)
Orbite de la Lune La Terre attire la Lune, la maintenant en orbite circulaire
Orbite des planètes Le Soleil attire les planètes, les maintenant sur leurs orbites
Marées Attraction de la Lune (et du Soleil) sur les océans
🔑 À retenir

Le poids est un cas particulier de la gravitation : c’est la force de gravitation exercée par un astre (Terre, Lune…) sur un objet situé à sa surface ou à proximité. C’est pourquoi le poids dépend de l’astre mais pas la masse.

VI. L’énergie cinétique

📖 Définition

L’énergie cinétique (Ec) est l’énergie que possède un objet du fait de son mouvement. Plus un objet va vite ou est lourd, plus son énergie cinétique est grande.

📐 Formule de l’énergie cinétique

Ec = ½ × m × v²

Avec :
• Ec = énergie cinétique (en joules, J)
• m = masse (en kg)
• v = vitesse (en m/s)

⚠️ La vitesse est au carré : si la vitesse double, l’énergie cinétique est multipliée par 4 !

Exemple de calcul (type brevet)

Une voiture de 1 200 kg roule à 90 km/h. Calculer son énergie cinétique.

Étape Calcul
1. Convertir la vitesse 90 km/h ÷ 3,6 = 25 m/s
2. Appliquer la formule Ec = ½ × 1 200 × 25² = ½ × 1 200 × 625
3. Résultat Ec = 375 000 J = 375 kJ

Influence de la masse et de la vitesse

Si… Alors Ec… Pourquoi
La masse double Est multipliée par 2 Ec est proportionnelle à m
La vitesse double Est multipliée par 4 Ec est proportionnelle à v² (2² = 4)
La vitesse triple Est multipliée par 9 3² = 9

VII. Énergie cinétique et sécurité routière

L’énergie cinétique est au cœur des sujets de brevet liés à la sécurité routière.

A. Distance d’arrêt

📐 Formule

Distance d’arrêt = Distance de réaction + Distance de freinage

• Distance de réaction = distance parcourue pendant le temps de réaction (~1 s). Se calcule avec d = v × t
• Distance de freinage = distance parcourue entre le début du freinage et l’arrêt complet. Dépend de v² (donc de l’énergie cinétique)

Vitesse Distance de réaction (~1 s) Distance de freinage (route sèche) Distance d’arrêt totale
50 km/h (14 m/s) ~14 m ~14 m ~28 m
90 km/h (25 m/s) ~25 m ~43 m ~68 m
130 km/h (36 m/s) ~36 m ~93 m ~129 m

B. Facteurs aggravants

Facteur Effet
Vitesse excessive Ec ∝ v² : la distance de freinage augmente beaucoup plus vite que la vitesse
Route mouillée/verglas Moins d’adhérence → distance de freinage multipliée par 2 (mouillée) voire plus
Alcool, fatigue, téléphone Temps de réaction augmenté → distance de réaction plus grande
Pneus usés Moins d’adhérence → freinage moins efficace
Masse du véhicule Plus la masse est grande, plus l’Ec est grande → freinage plus long
🔑 À retenir

Lors d’un choc, toute l’énergie cinétique est transférée au véhicule et à ses occupants. C’est pourquoi la ceinture de sécurité, l’airbag et le casque (moto/vélo) sont essentiels : ils augmentent la durée du choc pour réduire la force subie, et répartissent l’énergie sur une plus grande surface.

VIII. Récapitulatif des formules

Grandeur Formule Unités
Vitesse v = d / t m/s (ou km/h)
Poids P = m × g N (newtons)
Énergie cinétique Ec = ½ × m × v² J (joules)
Distance d’arrêt d_arrêt = d_réaction + d_freinage m (mètres)
💡 Méthode brevet pour les calculs

1) Écrire la formule littérale.
2) Convertir les données dans les bonnes unités (vitesse en m/s, masse en kg).
3) Remplacer par les valeurs numériques (application numérique = AN).
4) Calculer et donner le résultat avec l’unité.
Cette méthode est attendue et rapporte des points à chaque étape !

IX. Glossaire des définitions

RéférentielObjet par rapport auquel on étudie le mouvement. Le mouvement est relatif au référentiel choisi.
TrajectoireEnsemble des positions successives d’un objet en mouvement. Peut être rectiligne, circulaire ou curviligne.
Mouvement uniformeMouvement à vitesse constante. Les positions sont régulièrement espacées.
VitesseGrandeur qui mesure la rapidité d’un déplacement. v = d/t. Unité : m/s ou km/h.
ForceAction mécanique capable de modifier le mouvement ou de déformer un objet. Unité : newton (N).
Action de contactForce exercée entre deux objets qui se touchent (poussée, frottement, tension).
Action à distanceForce exercée sans contact (gravitation, magnétisme, attraction électrique).
MasseQuantité de matière d’un objet. Ne dépend pas du lieu. Unité : kilogramme (kg). Mesurée avec une balance.
PoidsForce d’attraction gravitationnelle exercée par un astre sur un objet. Dépend du lieu. P = m × g. Unité : newton (N).
Intensité de pesanteur (g)Rapport entre le poids et la masse. g ≈ 9,8 N/kg sur Terre. Varie selon l’astre.
GravitationForce d’attraction universelle entre tous les objets ayant une masse. Augmente avec les masses, diminue avec la distance.
Énergie cinétique (Ec)Énergie liée au mouvement d’un objet. Ec = ½ × m × v². Unité : joule (J).
Distance d’arrêtDistance totale pour s’arrêter = distance de réaction + distance de freinage.
Distance de réactionDistance parcourue pendant le temps de réaction du conducteur (~1 s). d = v × t.
Newton (N)Unité de mesure de la force et du poids dans le Système International.

X. Questions fréquentes (FAQ)

v = d / t. Convertir d en mètres et t en secondes pour avoir v en m/s. Pour km/h → m/s : diviser par 3,6. Pour m/s → km/h : multiplier par 3,6.

La masse (kg) mesure la quantité de matière — elle est identique partout. Le poids (N) est une force d’attraction qui dépend de l’astre. Un objet de 60 kg pèse ~600 N sur Terre mais seulement ~96 N sur la Lune. Formule : P = m × g.

Ec = ½ × m × v² (m en kg, v en m/s, Ec en joules). Attention : la vitesse est au carré. Si la vitesse double, Ec est multipliée par 4 — c’est pourquoi la vitesse est le premier facteur de gravité des accidents.

C’est l’attraction entre tous les objets massiques. Plus les masses sont grandes → plus l’attraction est forte. Plus la distance est grande → plus l’attraction est faible. Elle explique la chute des objets, les orbites des planètes et les marées.

C’est l’objet de référence pour décrire un mouvement. Un passager dans un train est immobile dans le référentiel du train mais en mouvement dans le référentiel terrestre. Le mouvement est relatif.

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