Ce que le jury attend
Le programme demande de caractériser un mouvement : par rapport à quoi, en ligne droite ou en cercle, à vitesse constante ou non, et d'utiliser la relation liant vitesse, distance et durée dans le cas d'un mouvement uniforme. Le cycle 3 installe l'expression « par rapport à » pour initier au caractère relatif du mouvement.
Un mouvement se décrit par rapport à un observateur
Le programme de cycle 3 indique que le mouvement d'un objet est toujours décrit par rapport à un observateur. Le même objet peut donc être en mouvement pour l'un et immobile pour l'autre.
Le programme de cycle 4 reprend cette idée de relativité du mouvement dans des cas simples : un train qui démarre le long d'un quai. Un voyageur assis dans le train est immobile par rapport au train, mais en mouvement par rapport au quai.
Relativité du mouvement : un mouvement se décrit toujours par rapport à un observateur donné. Changer d'observateur peut changer la description du mouvement.
- Toujours préciser « par rapport à » quoi le mouvement est décrit.
- Un même objet peut être immobile pour un observateur et en mouvement pour un autre.
Trajectoires : rectiligne ou circulaire
Le programme distingue les mouvements rectilignes et les mouvements circulaires. Pour l'identifier, on regarde la trajectoire décrite par rapport à l'observateur. Au cycle 3, les élèves identifient ainsi qu'un point coloré sur une toupie décrit un cercle par rapport à l'axe de rotation, et qu'un objet lâché décrit une droite verticale par rapport à la personne qui le lâche.
Une bille qui roule en ligne droite sur une table décrit une droite par rapport à la table. Un point situé sur le bord d'une roue qui tourne décrit un cercle par rapport à l'axe de la roue. Le choix de l'observateur modifie la réponse.
La vitesse et ses trois caractéristiques
Au cycle 4, le concept de vitesse est approfondi : la vitesse est caractérisée par une direction, un sens et une valeur. Au cycle 3, elle n'était abordée que de manière qualitative, sans formule : la grandeur quotient est introduite en fin de cycle 4.
Le programme distingue les mouvements uniformes, dont la vitesse est constante, et les mouvements dont la vitesse varie au cours du temps, en direction ou en valeur.
Vitesse : grandeur caractérisée par une direction, un sens et une valeur. Pour un mouvement uniforme, sa valeur se calcule à partir de la distance parcourue et de la durée du parcours.
La relation entre vitesse, distance et durée
Le programme demande d'utiliser la relation liant vitesse, distance et durée dans le cas d'un mouvement uniforme. Elle s'écrit v = d / t, avec d la distance parcourue et t la durée. On en tire aussi d = v × t, et t = d / v.
- Repérer la distance parcourue et la durée du trajet.
- Vérifier que le mouvement est uniforme : la vitesse est constante.
- Appliquer v = d / t.
- Écrire le résultat avec son unité.
Un objet parcourt 120 m en 20 s, à vitesse constante. Sa vitesse vaut v = 120 / 20 = 6 m/s. Si la durée double à distance égale, la vitesse est divisée par deux.
Mouvements uniformes et non uniformes
Pour savoir si un mouvement est uniforme, on compare les distances parcourues pendant des durées égales. Si ces distances sont égales, la valeur de la vitesse est constante ; le mouvement est uniforme à condition que la direction et le sens ne changent pas non plus. Si les distances changent, la vitesse varie au cours du temps.
Pour aller plus loin
La relation v = d / t sert ensuite à interpréter des grandeurs de la notion sur les circuits électriques, où la relation entre puissance, énergie et durée a la même structure. La démarche de mesure et de conclusion est reprise de la notion sur les démarches scientifique et technologique.
Pour s'entraîner, reprendre le quiz de révision et les exercices corrigés de la notion. La page de la discipline sciences et technologie situe les autres notions de l'épreuve.