Mouvement Rectiligne Uniforme (MRU) | Physique Chimie Seconde
Introduction
Découvrez les lois fondamentales du mouvement uniforme en physique
Définition du Mouvement Rectiligne Uniforme
Qu'est-ce que le MRU ?
Le Mouvement Rectiligne Uniforme (MRU) est un mouvement caractérisé par :
- Une trajectoire rectiligne (en ligne droite)
- Une vitesse constante (en valeur et en direction)
- Une accélération nulle
Le mobile se déplace sur une droite. Sa trajectoire est une ligne droite.
Le vecteur vitesse ne change ni en norme (valeur), ni en direction.
L'accélération est nulle car la vitesse ne varie pas.
Formules du Mouvement Rectiligne Uniforme
Lois horaires du MRU
- \( x(t) \) : position du mobile à l'instant t
- \( x_0 \) : position initiale du mobile (à t = 0)
- \( v \) : vitesse constante du mobile
- \( t \) : instant considéré
Représentations graphiques du MRU
Graphiques caractéristiques
Le graphique x(t) est une droite dont :
- La pente représente la vitesse v
- L'ordonnée à l'origine est x₀
Le graphique v(t) est une droite horizontale :
- Valeur constante égale à la vitesse
- Aire sous la courbe = distance parcourue
Le graphique a(t) est une droite confondue avec l'axe des temps :
- Accélération nulle
- Aire sous la courbe = variation de vitesse (nulle)
Exemple concret de MRU
Voiture en mouvement uniforme
Une voiture roule à vitesse constante de 60 km/h sur une route rectiligne.
À t = 0, elle se trouve à 100 mètres d'un point de repère.
- v = 60 km/h = 16.67 m/s
- x₀ = 100 m
- Loi horaire : x(t) = 100 + 16.67t
Position après 10 secondes :
Principe d'inertie et MRU
Premier principe de Newton
Un corps soumis à des forces qui se compensent (ou à aucune force) est :
- Soit au repos (v = 0)
- Soit en mouvement rectiligne uniforme (v = constante)
Le MRU est une manifestation du principe d'inertie :
- Quand les forces se compensent → MRU possible
- Aucune force nette → pas d'accélération → vitesse constante
Exercice 1 : Calcul de distance
Problème de base
Un cycliste roule à vitesse constante de 15 km/h pendant 2 heures.
Quelle distance parcourt-il ?
- v = 15 km/h
- t = 2 h
- d = ?
On utilise la formule : d = v × t
Le cycliste parcourt 30 km.
Exercice 2 : Calcul de temps
Problème de temps
Un train parcourt 300 km à la vitesse constante de 120 km/h.
Combien de temps met-il pour effectuer ce trajet ?
- d = 300 km
- v = 120 km/h
- t = ?
On utilise la formule : t = d / v
Le train met 2 heures et 30 minutes pour effectuer le trajet.
Unités et conversions
Système international
- Distance : mètre (m)
- Temps : seconde (s)
- Vitesse : mètre par seconde (m/s)
Pour convertir de km/h en m/s :
Pour convertir de m/s en km/h :
90 km/h = 90 ÷ 3.6 = 25 m/s
15 m/s = 15 × 3.6 = 54 km/h
Applications du MRU
Situations réelles
- Véhicule roulant à vitesse constante sur autoroute
- Train en marche régulière
- Personne marchant à allure constante
- Calculs de trajectoires en balistique
- Étude du mouvement des planètes (approximation)
- Physique des particules (dans certains cas)
- Mouvement avec accélération (freinage, accélération)
- Mouvement circulaire
- Mouvement avec frottements significatifs
Exercice 3 : Conversion et calcul
Problème mixte
Un athlète court à 18 km/h pendant 30 minutes.
Quelle distance parcourt-il en mètres ?
Convertir la vitesse en m/s :
Convertir le temps en secondes :
L'athlète parcourt 9000 mètres (soit 9 km).
Lois horaires complètes du MRU
Relations complètes
Où :
- x(t) : position à l'instant t
- x₀ : position initiale
- v₀ : vitesse initiale (constante)
- v(t) = dx/dt (dérivée de la position)
- a(t) = dv/dt = d²x/dt² (dérivée de la vitesse)
Exercice 4 : Problème de croisement
Croisement de véhicules
Deux voitures se dirigent l'une vers l'autre sur une route rectiligne.
Voiture A : vitesse 60 km/h, départ à 100 m du point de rencontre
Voiture B : vitesse 40 km/h, départ à 150 m du point de rencontre
Quand et où se rencontrent-elles ?
- V_A = 60 km/h = 16.67 m/s
- V_B = 40 km/h = 11.11 m/s
- Distance initiale = 100 + 150 = 250 m
Vitesse relative = V_A + V_B = 27.78 m/s
Position de A après 9s : x_A = 100 - 16.67 × 9 = -50 m
Position de B après 9s : x_B = -150 + 11.11 × 9 = -50 m
Elles se rencontrent à 50 m avant le point de départ de A.
Interprétation graphique
Analyse des graphiques
- Droite oblique (pente ≠ 0)
- Pente positive : mouvement dans le sens positif
- Pente négative : mouvement dans le sens négatif
- Ordonnée à l'origine : position initiale x₀
- Droite horizontale
- Abscisse à l'origine : valeur de la vitesse
- Aire sous la courbe : distance parcourue
- Droite confondue avec l'axe des temps
- Valeur constante : a = 0
- Aire sous la courbe : Δv = 0
Résumé
Points clés
- Trajectoire rectiligne
- Vitesse constante
- Accélération nulle
- Forces extérieures compensées
- x(t) = x₀ + v·t
- v(t) = v = constante
- a(t) = 0
- Position : mètre (m)
- Vitesse : m/s ou km/h
- Temps : seconde (s)
Conclusion
Félicitations !
Continuez à pratiquer pour renforcer vos compétences en physique