Physique-Chimie1ère

Mouvements rectilignes et uniformes
Exercices corrigés

Maîtrisez les mouvements rectilignes et uniformes : vitesse constante, équation horaire, graphiques, applications concrètes grâce à ces 5 exercices détaillés.

Concepts & Exercices
\(x(t) = x_0 + vt\)
Équation horaire du MRU
Position
\(x(t) = x_0 + vt\)
Position en fonction du temps
Vitesse
\(v = \frac{\Delta x}{\Delta t}\)
Vitesse constante
Distance
\(d = vt\)
Distance parcourue
🚗
MRU : Mouvement Rectiligne Uniforme - trajectoire droite et vitesse constante
📊
Graphique x(t) : Droite dont la pente représente la vitesse
⚖️
Vitesse constante : Aucune accélération (a = 0)
Exercice 1
Une voiture roule à 54 km/h pendant 2 heures. Quelle distance parcourt-elle ?
Exercice 2
Un piéton part de la position x₀ = 5 m et marche à 1,5 m/s. Trouver sa position après 10 secondes.
Exercice 3
Un train parcourt 120 km en 1h30min. Quelle est sa vitesse moyenne ?
Exercice 4
Représenter graphiquement x(t) pour un mobile partant de x₀ = 0 avec v = 3 m/s.
Exercice 5
Deux voitures roulent en sens opposé à 60 km/h et 80 km/h. Elles sont distantes de 140 km. Quand se croisent-elles ?
Corrigé : Exercices 1 à 3
1 Distance parcourue
Définition :

Mouvement Rectiligne Uniforme (MRU) : Trajectoire droite et vitesse constante. Équation horaire : \(x(t) = x_0 + vt\)

Méthode de calcul :
  1. Identifier les données : vitesse, durée
  2. Convertir les unités si nécessaire
  3. Appliquer la formule \(d = vt\)
Données
v = 54 km/h, t = 2h
Formule
d = vt
Résultat
d = 108 km
Étape 1 : Analyser les données

Vitesse : v = 54 km/h, Temps : t = 2 heures

Étape 2 : Appliquer la formule

\(d = v \times t = 54 \times 2 = 108\) km

Étape 3 : Interpréter le résultat

La voiture parcourt 108 km en 2 heures à vitesse constante.

La distance parcourue est de 108 km
Réponse finale :

La voiture parcourt une distance de 108 km.

Règles appliquées :

• MRU : Distance = vitesse × temps

• Unités : S'assurer que les unités sont cohérentes

• Constante : La vitesse ne change pas au cours du temps

2 Position finale
Définition :

Équation horaire du MRU : \(x(t) = x_0 + vt\) où x₀ est la position initiale et v la vitesse constante

Données
x₀ = 5m, v = 1.5m/s, t = 10s
Équation
x(t) = x₀ + vt
Résultat
x(10) = 20m
Étape 1 : Identifier les paramètres

Position initiale : x₀ = 5 m, Vitesse : v = 1,5 m/s, Temps : t = 10 s

Étape 2 : Appliquer l'équation horaire

\(x(t) = x_0 + vt = 5 + 1.5 \times 10\)

Étape 3 : Calculer la position finale

\(x(10) = 5 + 15 = 20\) m

\(x(10) = 20\) m
Réponse finale :

Après 10 secondes, le piéton se trouve à 20 mètres de sa position initiale.

Règles appliquées :

• MRU : Utiliser l'équation horaire \(x(t) = x_0 + vt\)

• Position initiale : Prendre en compte la position de départ

• Temps : Substituer la valeur du temps dans l'équation

3 Vitesse moyenne
Définition :

Vitesse moyenne : \(v_{moy} = \frac{distance}{temps}\). Pour un MRU, la vitesse moyenne est égale à la vitesse instantanée.

Données
d = 120km, t = 1h30min
Conversion
t = 1.5h
Calcul
v = 80 km/h
Étape 1 : Convertir le temps

1h30min = 1,5 heures (car 30 min = 0,5 h)

Étape 2 : Appliquer la formule

\(v = \frac{d}{t} = \frac{120}{1.5}\)

Étape 3 : Effectuer le calcul

\(v = 80\) km/h

\(v = 80\) km/h
Réponse finale :

La vitesse moyenne du train est de 80 km/h.

Règles appliquées :

• Conversion : Transformer les unités pour avoir la cohérence

• Division : Calculer la vitesse comme le rapport distance/temps

• MRU : Vitesse moyenne = vitesse constante

Corrigé : Exercices 4 à 5
4 Graphique x(t)
Définition :

Représentation graphique du MRU : x(t) est une droite dont la pente est la vitesse. L'ordonnée à l'origine est la position initiale.

Équation
x(t) = 0 + 3t
Pente
v = 3 m/s
Origine
(0,0)
Étape 1 : Établir l'équation

Avec x₀ = 0 et v = 3 m/s, l'équation est : \(x(t) = 0 + 3t = 3t\)

Étape 2 : Tracer quelques points

t = 0s → x = 0m, t = 2s → x = 6m, t = 4s → x = 12m

Étape 3 : Dessiner la droite

La droite passe par l'origine et a une pente de 3 (valeur de la vitesse).

Graphique linéaire avec pente = 3
Réponse finale :

Le graphique x(t) est une droite passant par l'origine avec une pente de 3, représentant la vitesse constante de 3 m/s.

Règles appliquées :

• Linéarité : Pour un MRU, x(t) est une fonction affine

• Pente : La pente de la droite représente la vitesse

• Ordonnée : L'ordonnée à l'origine est la position initiale

5 Rencontre de deux mobiles
Définition :

Rencontre de deux mobiles : Les mobiles se rencontrent quand leurs positions sont égales : x₁(t) = x₂(t).

Données
v₁ = 60 km/h, v₂ = 80 km/h
Distance
D = 140 km
Temps
t = 1 h
Étape 1 : Modéliser les mouvements

Soit A la position de départ de la 1ère voiture, B celle de la 2ème.
Voiture 1 : \(x_1(t) = 60t\)
Voiture 2 : \(x_2(t) = 140 - 80t\) (car elle se rapproche de A)

Étape 2 : Chercher l'instant de rencontre

Lors de la rencontre : \(x_1(t) = x_2(t)\)
\(60t = 140 - 80t\)

Étape 3 : Résoudre l'équation

\(60t + 80t = 140\)
\(140t = 140\)
\(t = 1\) heure

Étape 4 : Calculer la position de rencontre

\(x = 60 \times 1 = 60\) km à partir du point de départ de la 1ère voiture

Rencontre après 1 heure à 60 km du point de départ de la 1ère voiture
Réponse finale :

Les deux voitures se croisent après 1 heure. La rencontre a lieu à 60 km du point de départ de la première voiture.

Règles appliquées :

• Système de référence : Choisir un repère unique pour les deux mobiles

• Équations horaires : Écrire x₁(t) et x₂(t) pour chaque mobile

• Condition de rencontre : Résoudre x₁(t) = x₂(t)

Cours bien détaillé
\(x(t) = x_0 + vt\)
Équation horaire du MRU
🚗
MRU : Mouvement Rectiligne Uniforme - trajectoire droite et vitesse constante.
📊
Graphique x(t) : Droite dont la pente représente la vitesse.
⚖️
Accélération : Nulle dans un MRU (a = 0).
🔄
Caractéristiques : Vitesse constante, direction fixe, distances égales parcourues en intervalles de temps égaux.
💡
Conseil : Toujours définir un système de référence (origine et sens positif) avant de commencer.
🔍
Attention : Faire attention aux unités (km/h vs m/s).
⚡
Astuce : La pente d'une droite x(t) donne directement la vitesse.
📋
Méthode : Toujours identifier x₀, v et t dans les problèmes de MRU.
✅
Vérification : Vérifier que les unités sont cohérentes dans les calculs.
Méthodes de résolution :
  • Équation horaire : \(x(t) = x_0 + vt\) pour trouver position à un instant donné
  • Vitesse moyenne : \(v = \frac{\Delta x}{\Delta t}\) pour déterminer la vitesse
  • Graphique x(t) : Tracer la droite et interpréter pente et ordonnée à l'origine
  • Rencontre de mobiles : Résoudre x₁(t) = x₂(t) pour trouver l'instant de rencontre
Règles importantes :
  • Un MRU a une trajectoire rectiligne et une vitesse constante
  • L'accélération est nulle dans un MRU
  • Sur un graphique x(t), un MRU est représenté par une droite
  • La distance parcourue est proportionnelle au temps écoulé
  • La vitesse est la dérivée de la position par rapport au temps
Mouvements rectilignes et uniformes Cinématique et description du mouvement