vitesse et acceleration 1D
Les trois niveaux s'enchaînent. Clique sur « Corrigé » pour révéler la solution d'une seule question.
Passe d'une unité à l'autre (facteur ).
- a)
Convertis en .
.
- b)
Convertis en .
.
Un mobile se déplace sur un axe .
- a)
Il passe de à en . Calcule .
(positive : déplacement dans le sens de l'axe).
- b)
Il repart ensuite de et revient à en . Calcule sur ce second trajet et commente son signe.
. Le signe négatif indique un déplacement à contre-sens de l'axe (le mobile revient).
Détermine l'accélération moyenne dans chaque cas.
- a)
Une voiture passe de à en .
.
- b)
Elle freine ensuite de à l'arrêt en .
: accélération négative (freinage).
Un coureur part de (), atteint en , puis revient jusqu'à en de plus.
- a)
Quel est son déplacement total ?
Position initiale , finale : .
- b)
Quelle distance totale a-t-il parcourue ?
Aller = ; retour = . Distance totale .
- c)
Quelle est sa vitesse moyenne sur l'ensemble ?
Durée totale : . (Attention : on divise le déplacement, pas la distance.)
La position d'un mobile est (en , en ).
- a)
Donne l'expression de la vitesse .
On dérive .
(en ).
- b)
Donne l'expression de l'accélération .
(constante mouvement uniformément accéléré).
- c)
Calcule la vitesse à .
.
Pour comparer deux vitesses, on les exprime dans la même unité (facteur ).
- a)
Convertis en .
.
- b)
Une moto roule à . Qui, de la moto ou d'un véhicule roulant à , va le plus vite ?
La moto () va plus vite : le véhicule ne roule qu'à . (Autre lecture : .)
Un train parcourt en et .
- a)
Calcule sa vitesse moyenne en .
: .
- b)
Exprime-la en .
.
Une voiture roule à puis accélère, avec une accélération moyenne constante de , pendant .
- a)
De combien sa vitesse a-t-elle augmenté () ?
.
- b)
Quelle vitesse atteint-elle à la fin ?
.
Un coureur maintient une vitesse constante de .
- a)
Quelle durée lui faut-il pour parcourir ?
.
- b)
Convertis cette durée en minutes et secondes.
.
La position d'un mobile est (en , en ).
- a)
Donne l'expression de la vitesse .
().
- b)
Donne l'accélération .
(constante).
- c)
À quel instant la vitesse s'annule-t-elle ?
.
Le graphe donne la position d'un mobile sur l'axe .
- a)
Détermine la vitesse du mobile (pente de la droite).
La droite passe de à en : .
- b)
Quelle est la nature du mouvement ?
La position varie linéairement (droite) : la vitesse est constante, c'est un mouvement rectiligne uniforme (MRU).
Le graphe donne la vitesse d'un mobile.
- a)
Quelle distance le mobile parcourt-il entre et (aire sous la courbe) ?
Aire du rectangle : .
- b)
Que vaut son accélération ?
La vitesse est constante : .
Un piéton parcourt en , puis, dans le même sens, en .
- a)
Calcule la vitesse sur chaque tronçon.
; .
- b)
Calcule sa vitesse moyenne sur l'ensemble du trajet.
Distance totale , durée totale : (entre et , plus proche de car le mobile passe plus de temps sur le tronçon lent).
On oriente l'axe dans le sens . Précise le signe de l'accélération dans chaque situation.
- a)
Une voiture avance dans le sens et accélère.
et augmente : .
- b)
Une voiture avance dans le sens et freine.
et diminue : (freinage).
- c)
Une voiture recule (sens ) de plus en plus vite.
et sa valeur absolue augmente (le mobile va plus vite en sens inverse) : . Ici l'accélération est de même signe que le sens du mouvement.
La vitesse d'un mobile est (en , en ).
- a)
Quelle est son accélération ?
(constante).
- b)
À quel instant le mobile est-il momentanément à l'arrêt ?
.
Un automobiliste parcourt à , puis à .
- a)
Calcule la durée de chaque tronçon.
; .
- b)
En déduis sa vitesse moyenne sur l'ensemble du trajet.
Distance totale , durée totale : .
- c)
Pourquoi la réponse n'est-elle pas ?
Parce que l'automobiliste passe plus de temps à la vitesse lente : la vitesse moyenne penche vers celle-ci. On divise toujours la distance totale par la durée totale, jamais la moyenne arithmétique des vitesses.
La position d'un mobile est (en , en ).
- a)
Donne .
().
- b)
À quels instants la vitesse s'annule-t-elle ?
, donc et .
- c)
Donne et calcule sa valeur à ces deux instants.
: et (le mobile ralentit puis repart en sens inverse, avant d'être ré-accéléré).
Un mobile a pour vitesse () et part de à .
- a)
Détermine l'équation horaire .
().
- b)
Où se trouve-t-il à ?
.
- c)
Quelle est son accélération ?
(constante).
Le graphe donne la vitesse d'un véhicule sur .
- a)
Calcule l'accélération sur chacune des trois phases , , .
Phase : ; phase : constante (MRU) ; phase : (freinage).
- b)
En déduis la distance totale parcourue (aire sous la courbe).
L'aire sous la courbe est un trapèze : .
Un mobile parti de l'origine a pour vitesse ().
- a)
Quelle distance parcourt-il entre et ?
.
- b)
Donne son accélération : est-elle constante ?
: elle croît avec le temps, donc l'accélération n'est pas constante.
Un automobiliste roule pendant à , puis pendant à .
- a)
Calcule la distance parcourue sur chaque portion.
En (soit ) : et .
- b)
En déduis sa vitesse moyenne sur l'ensemble.
Distance totale en : .
- c)
Pourquoi obtient-on cette fois exactement la moyenne ?
Les deux vitesses durent autant de temps : la moyenne (pondérée par le temps) coïncide alors avec la moyenne arithmétique. Ce n'était pas le cas pour des distances égales, où l'on passe plus de temps à la vitesse lente.
La position d'un mobile est (en , en ).
- a)
Donne et .
() et (constante).
- b)
À quel instant la vitesse s'annule-t-elle, et quelle est alors la position du mobile ?
; alors (position la plus reculée).
- c)
Dans quel sens se déplace-t-il avant, puis après cet instant ?
Avant , : il recule (sens ) ; après, : il avance (sens ).
Un mobile a une accélération (). À , sa vitesse est et il part de l'origine.
- a)
Détermine par intégration.
().
- b)
Détermine l'équation horaire .
().
- c)
Calcule la vitesse et la position à . L'accélération est-elle constante ?
et . L'accélération croît : elle n'est pas constante.
Le graphe donne la vitesse d'un mobile sur l'axe .
- a)
Calcule l'accélération sur la phase puis sur la phase .
Phase : ; phase : .
- b)
À quel instant le mobile fait-il demi-tour ?
La vitesse s'annule en changeant de signe à : le mobile y fait demi-tour.
- c)
Calcule le déplacement entre et (aire algébrique).
Aires algébriques : triangle , triangle , triangle . Déplacement .
- d)
Calcule la distance réellement parcourue.
Distance (on additionne les aires en valeur absolue).
La position d'un mobile est (en , en ).
- a)
Calcule la vitesse moyenne entre et .
, : .
- b)
Calcule la vitesse instantanée à et à .
: et .
- c)
La vitesse moyenne est-elle la moyenne des deux vitesses instantanées ? Commente.
Ici : c'est vrai parce que est affine (mouvement uniformément varié), et la vitesse moyenne vaut alors la vitesse instantanée au milieu de l'intervalle. En général, moyenne des vitesses instantanées.
On relève la vitesse d'un mobile à intervalles réguliers :
| () | 0 | 2 | 4 | 6 |
|---|---|---|---|---|
| () | 0 | 5 | 12 | 21 |
- a)
Calcule l'accélération moyenne sur l'ensemble .
.
- b)
Calcule l'accélération moyenne sur chacun des trois intervalles.
: ; : ; : .
- c)
Le mouvement est-il uniformément accéléré ?
Non : l'accélération augmente d'un intervalle à l'autre, le mouvement n'est pas uniformément accéléré.
La vitesse d'un mobile est () et, à , il se trouve en .
- a)
Détermine l'équation horaire .
().
- b)
À quels instants le mobile passe-t-il par l'origine ?
: et .
- c)
Quelle est son accélération ?
(constante).
La vitesse d'un mobile sur est (), en .
- a)
Donne l'accélération et l'instant où elle s'annule.
; .
- b)
À quels instants la vitesse s'annule-t-elle ? Précise le sens du mouvement sur , et au-delà de .
: et . Sur , (avance) ; sur , (recule) ; au-delà de , (avance de nouveau).
- c)
Calcule le déplacement entre et .
.
- d)
Calcule la distance réellement parcourue sur ce même intervalle.
On sépare à et : et . Distance (le déplacement est nul mais le mobile a bougé).
Une voiture passe de l'arrêt à en .
- a)
Convertis en .
.
- b)
Calcule son accélération moyenne en .
.
Un mobile part du repos, accélère à pendant , puis freine jusqu'à l'arrêt en .
- a)
Quelle vitesse atteint-il à la fin de la première phase ?
.
- b)
Quelle est l'accélération (moyenne) durant la phase de freinage ?
.
- c)
Que vaut l'accélération moyenne sur l'ensemble des ? Commente.
. L'accélération moyenne ne dépend que des vitesses aux extrémités : elle est nulle bien que le mobile ait accéléré puis freiné.
Le graphe donne la vitesse d'un mobile le long de l'axe .
Indique si chaque affirmation est vraie () ou fausse (), puis compte les affirmations vraies.
- a)
Entre et , le mouvement est uniformément accéléré.
V : la vitesse croît linéairement (droite de pente ), c'est un MRUA.
- b)
Entre et , le mobile est à l'arrêt.
F : la vitesse est constante non nulle () : le mobile avance en MRU, il n'est pas à l'arrêt.
- c)
À , le mobile change de sens.
V : à la vitesse passe de positive à négative en s'annulant : le mobile fait demi-tour.
- d)
Entre et , l'accélération vaut .
V : pente .
- e)
La distance parcourue entre et vaut .
V : aire du triangle .
Bilan : 4 affirmations vraies (a, c, d, e) ; seule b est fausse.
Un mobile a pour position (en , en ).
- a)
Donne et . De quel type de mouvement s'agit-il ?
() et : accélération constante mouvement rectiligne uniformément varié (ici décéléré tant que ).
- b)
À quel instant la vitesse s'annule-t-elle ? Que représente ce point sur la trajectoire ?
; la trajectoire atteint alors son point le plus avancé (), c'est le sommet de la parabole.
- c)
À quels instants le mobile passe-t-il par l'origine ?
: et .
- d)
Dans quel sens se déplace-t-il avant, puis après l'instant trouvé au b) ?
Avant , : il avance dans le sens de ; après, : il recule.
La vitesse d'un mobile sur est (), en .
- a)
Écris l'intégrale donnant le déplacement entre et , puis calcule-le.
.
- b)
À quel instant le mobile change-t-il de sens ?
(avant : ; après : ).
- c)
En déduis la distance réellement parcourue entre et .
On sépare les deux phases (distance ) :
La distance () dépasse le déplacement () car le mobile est revenu en arrière.
Pour chaque proposition, réponds par ou et justifie en une ligne. Combien sont exactes ?
- a)
Une accélération constante et non nulle impose une vitesse qui varie linéairement avec le temps.
V : , fonction affine du temps.
- b)
Si la vitesse instantanée est nulle à un instant, alors l'accélération y est forcément nulle.
F : au sommet d'un tir vertical mais ; vitesse nulle n'implique pas accélération nulle.
- c)
Le déplacement entre deux instants est l'aire algébrique sous la courbe .
V : c'est la définition de l'intégrale .
- d)
Un mobile dont l'accélération est négative ralentit toujours.
F : si (mobile reculant), une accélération négative le fait accélérer dans le sens négatif. Il ne ralentit que si et sont de signes opposés.
- e)
La vitesse moyenne d'un aller-retour revenant au point de départ est nulle.
V : le déplacement est nul, donc (la distance, elle, n'est pas nulle).
Bilan : 3 affirmations vraies (a, c, e).
La position d'un mobile est (en , en ).
- a)
Donne et .
() et ().
- b)
À quels instants la vitesse s'annule-t-elle ?
et .
- c)
Calcule la position à ces instants.
; .
- d)
Précise le sens du mouvement sur , et au-delà de .
Sur , : il avance ; sur , : il recule ; au-delà de , : il avance.
- e)
Calcule le déplacement et la distance réellement parcourue entre et .
et . Déplacement . Distance .
Le graphe donne la vitesse d'un mobile sur l'axe .
- a)
Détermine l'accélération sur chacune des trois phases , , .
: ; : ; : .
- b)
À quel instant le mobile change-t-il de sens ?
Sur la phase , s'annule à : le mobile y fait demi-tour.
- c)
Calcule le déplacement total (aire algébrique) entre et .
Aires : ; ; ; . Déplacement .
- d)
Calcule la distance totale parcourue.
Distance .
- e)
Compare la vitesse moyenne et la vitesse moyenne scalaire (distance/temps).
; vitesse moyenne scalaire . La seconde est plus grande car elle compte le retour comme du chemin parcouru.
Le graphe donne l'accélération d'un mobile parti du repos () à l'origine.
- a)
Donne la vitesse sur chacune des trois phases (intègre l'accélération).
: (donc ) ; : ; : (donc ).
- b)
Quelle est la vitesse maximale, et à partir de quel instant est-elle atteinte ?
La vitesse maximale est , atteinte dès et maintenue jusqu'à .
- c)
Calcule le déplacement total entre et .
Aire sous : ; ; . Déplacement .
- d)
Que vaut l'accélération moyenne sur ? Commente.
: nulle, car le mobile part et finit au repos, bien qu'il ait parcouru .
Un mobile se déplace sur l'axe (positions en ) : il part de et atteint en ; puis il revient à en ; puis il repart et atteint en .
- a)
Quel est le déplacement total ?
.
- b)
Quelle est la distance totale parcourue ?
Distance (aller , retour , aller ).
- c)
Calcule la vitesse moyenne (algébrique).
Durée totale : .
- d)
Calcule la vitesse moyenne scalaire (distance/durée).
Vitesse moyenne scalaire .
- e)
Pourquoi les deux résultats diffèrent-ils ?
La première divise le déplacement (net) par le temps, la seconde la distance (chemin réel) : le demi-tour réduit le déplacement mais pas la distance.
Le graphe donne la position d'un mobile sur l'axe .
- a)
Précise le signe de la vitesse sur chacune des quatre phases , , , .
La pente donne : ; ; ; .
- b)
Sur quelle phase la vitesse (algébrique) est-elle la plus grande ? Donne sa valeur.
La pente positive la plus forte est sur : .
- c)
À quel moment le mobile est-il immobile ?
Le mobile est immobile sur (position constante ).
- d)
Sur quelle phase se déplace-t-il le plus vite en valeur absolue ?
Sur la pente vaut : c'est là qu'il va le plus vite en valeur absolue.
La vitesse d'un mobile sur est (), en .
- a)
À quels instants la vitesse s'annule-t-elle ? Précise le sens du mouvement entre ces instants.
et . Sur , sur (recule), au-delà de .
- b)
Calcule le déplacement entre et .
.
- c)
Calcule la distance réellement parcourue sur ce même intervalle.
En séparant à et : , , . Distance .
- d)
Que vaut l'accélération à chacun des instants trouvés au a) ?
: et .
Un mobile part de l'origine, au repos, avec l'accélération ().
- a)
Détermine par intégration.
().
- b)
À quel instant la vitesse est-elle maximale, et quelle est cette valeur ?
est maximale quand , soit : .
- c)
À quels instants la vitesse s'annule-t-elle ?
ou .
- d)
Détermine l'équation horaire .
().
- e)
Calcule le déplacement et la distance parcourue entre et .
et . Déplacement . Le mobile avance jusqu'à () puis recule () : distance .
Un mobile parcourt la première moitié d'une distance à la vitesse constante , puis la seconde moitié à la vitesse constante .
- a)
Exprime la durée de chaque moitié en fonction de , et .
Chaque moitié mesure : et .
- b)
Montre que la vitesse moyenne vaut .
.
- c)
Applique à et .
.
- d)
Compare au résultat naïf . Le vrai résultat est-il plus grand ou plus petit ?
La moyenne arithmétique donnerait : le vrai résultat est plus petit (la moyenne harmonique est toujours la moyenne arithmétique).
- e)
Dans quel cas les deux moyennes coïncident-elles ?
Elles coïncident uniquement si .
Un mobile est photographié toutes les secondes le long de l'axe . On relève ses positions :
| () | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| () | 0 | 2 | 8 | 18 | 32 | 50 |
- a)
Calcule la vitesse moyenne sur chacun des intervalles d'une seconde.
Vitesses moyennes (en ) : , , , , sur , , , , .
- b)
Ces vitesses varient-elles régulièrement ? En déduis l'accélération.
Ces vitesses augmentent de à chaque seconde : l'accélération est constante, .
- c)
De quel type de mouvement s'agit-il ?
Accélération constante mouvement rectiligne uniformément accéléré (les positions suivent ).
- d)
Prédis la position et la vitesse instantanée à .
Avec et : et .
Une rame de métro part du repos, accélère uniformément jusqu'à en , roule à cette vitesse pendant , puis freine uniformément jusqu'à l'arrêt en .
- a)
Calcule l'accélération de chacune des trois phases.
Phase 1 : ; phase 2 : ; phase 3 : .
- b)
Calcule la distance parcourue pendant chaque phase (aires).
Aires : phase 1 ; phase 2 ; phase 3 .
- c)
En déduis la distance totale.
Distance totale .
- d)
Quelle est la durée totale du trajet et la vitesse moyenne ?
Durée totale : .
- e)
Compare la vitesse moyenne à la vitesse maximale.
La vitesse moyenne () est inférieure à la vitesse maximale (), à cause des phases d'accélération et de freinage.