Activité 1 : Relativité du mouvement

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1 Activité 1 : Relativité du mouvement Objectifs : Comprendre que la nature du mouvement observé dépend du référentiel choisi. Réaliser et exploiter des enregistrements vidéo pour analyser des mouvements. Pour analyser un mouvement, les scientifiques effectuent une chronophotographie. Par exemple, on prend des photos à intervalles de temps réguliers et très court d une balle de tennis pendant son vol Ensuite on note sur chaque photo la position de la balle. On peut alors reconstituer son mouvement. Que faut-il indiquer pour décrire un mouvement? Document 1 Vocabulaire Système : objet dont on étudie le mouvement. Trajectoire : ensemble des positions successive occupées par le système au cours du mouvement. Elle peut être de nature différente et former une droite, un cercle ou une courbe quelconque. Mouvement rectiligne : mouvement dont la trajectoire est une droite Mouvement circulaire : mouvement dont la trajectoire est un cercle Mouvement curviligne : mouvement dont la trajectoire est courbe Mouvement uniforme : mouvement à vitesse constante Mouvement décéléré ou ralenti : mouvement pour lequel la vitesse diminue Mouvement accéléré : mouvement pour lequel la vitesse augmente Document 2 Mouvement d une gourde Pendant une course, un cycliste roulant à vitesse constante en ligne droite laisse tomber sa gourde. Image : Helium 2 nde édition Hatier Le spectateur est immobile derrière la barrière La voiture roule à la même vitesse que le cycliste 1

2 1 / Décrire le mouvement du cycliste à l aide du vocabulaire du document 1. APP 2 / Investigation : dessiner la trajectoire que la gourde suivra entre le moment où elle est lâchée par le cycliste et le moment où elle touche le sol, dans la situation où la scène est observée par un spectateur immobile, puis la trajectoire observée par le passager d une voiture roulant à la même vitesse que le cycliste. ANA Pour déterminer la nature du mouvement on va se placer dans deux situations, d abord dans celle du spectateur immobile, puis celle d un passager d une voiture roulant à la même vitesse. Vous allez devoir relever les positions successives de la balle (simulant la gourde), afin de déterminer la trajectoire dans les deux situations. 3 / Relever des positions successives de la balle (simulant la gourde) dans le cas de l observation par un spectateur immobile à l aide du protocole ci-dessous. REA Protocole 1 / Ouverture de la vidéo Ouvrez le logiciel Regressi, puis sur «fichier» ensuite «nouveau» cliquer sur «Vidéo» puis «MediaPlayer». Cliquez sur ouvrir puis ouvrez le clip «Vélo». 2 / Placement du repère et rôle et réalisation de l étalonnage Lorsqu on marque la position d un point sur l écran, Regressi note les coordonnées de ce point (abscisse x et ordonnée y). Pour qu il puisse mesurer x et y, il faut qu il connaisse l origine du repère (O, x, y). L origine définit la position de la personne qui observe la scène. Sélectionnez «origine» et cliquez à l endroit de l image où vous voulez la placer (de préférence en bas à gauche). Par défaut, le logiciel mesure les distances en nombre de pixels sur l écran. Pour qu il donne des valeurs en mètre dans le tableau, il faut lui signaler à quelle distance réelle (en m) correspond une distance sur l écran en pixel. On réalise un étalonnage à l aide des étapes ci-dessous : Cliquez le bouton «échelle» et cliquez de chaque côté d une longueur connue sur la vidéo (règle verticale de 2 m tenue par la personne au début de la vidéo). Rentrez ensuite la valeur 2 dans le menu «Echelle(m)» (au-dessus de l image à droite). 3 / Réalisation du pointage On va maintenant pointer la position de la balle. Placez-vous sur l image de la vidéo où le cycliste lâche la balle à l aide du bouton, puis sélectionnez le bouton. Cliquez sur la balle. Une valeur de x et une de y s inscrivent dans la 1ère ligne du tableau, pendant que la vidéo passe à l image suivante (si l image n avance pas une fois que vous avez cliqué sur la balle, avancez l image manuellement avec le bouton ) Cliquez sur la nouvelle position de la balle. 2

3 Recommencez l opération jusqu à ce que la balle touche le sol. 4 / Exploitation du pointage Sélectionnez le bouton «Traiter» pour transférer les données vers le logiciel Regressi. Dans la fenêtre «graphe» où vous vous trouvez, placez la grandeur mesurée x, en abscisse, et la grandeur mesurée y en ordonnée (à l aide du menu coord). APPELER LE PROFESSEUR POUR FAIRE VERIFIER VOS RESULTATS Questions 4 / Quelle est la trajectoire de la balle dans cette situation? VAL 5 / Relever des positions successives de la balle (simulant la gourde) dans le cas de l observation par un passager d une voiture roulant à la même vitesse à l aide du protocole ci-dessous. REA Protocole 1 / Ouverture de la vidéo Ouvrez le logiciel Regressi, puis sur «fichier» ensuite «nouveau» cliquer sur «Vidéo» puis «MediaPlayer». Cliquez sur ouvrir puis ouvrez le clip «Vélo». 2 / Placement du repère et rôle et réalisation de l étalonnage Lorsqu on marque la position d un point sur l écran, Regressi note les coordonnées de ce point (abscisse x et ordonnée y). Pour qu il puisse mesurer x et y, il faut qu il connaisse l origine du repère (O, x, y). Il faut donc définir une origine. L origine définit la position de la personne qui observe la scène, l origine changera ici car la personne qui observe la scène se déplace. Il faut donc : Sélectionnez «origine mobile». Par défaut, le logiciel mesure les distances en nombre de pixels sur l écran. Pour qu il donne des valeurs en mètre dans le tableau, il faut lui signaler à quelle distance réelle (en m) correspond une distance sur l écran en pixel. On réalise un étalonnage à l aide des étapes ci-dessous : Cliquez le bouton «échelle» et cliquez de chaque côté d une longueur connue sur la vidéo (règle verticale de 2 m tenue par la personne au début de la vidéo). Rentrez ensuite la valeur 2 dans le menu «Echelle(m)» (au-dessus de l image à droite). 3 / Réalisation du pointage On va maintenant pointer la position de la balle. Placez-vous sur l image de la vidéo où le cycliste lâche la balle à l aide du bouton, puis sélectionnez le bouton. Sélectionner la nouvelle origine (centre de la roue arrière du vélo). Cliquez sur la nouvelle position de la balle. Une valeur de x et une de y s inscrivent dans la 1ère ligne du tableau, pendant que la vidéo passe à l image suivante (si l image n avance pas une fois que vous avez cliqué sur la balle, avancez l image manuellement avec le bouton Sélectionner la nouvelle origine (centre de la roue arrière du vélo). Cliquez sur la nouvelle position de la balle. 3

4 Recommencez l opération jusqu à ce que la balle touche le sol. APPELER LE PROFESSEUR POUR FAIRE VERIFIER VOS RESULTATS 6 / Quelle est la trajectoire de la balle dans cette situation? VAL 7 / Dessiner les deux trajectoires sur votre feuille. Est-ce conforme à vos trajectoires initiales dans les deux situations? VAL 8 / Expliquer pourquoi «le mouvement est relatif». COM Document 3 Formule de la vitesse La valeur de la vitesse moyenne d un point du système parcourant la distance d pendant une durée est donnée par la relation : Document 4 : Tableau de valeurs. = Temps (s) Altitude (m) / La vitesse de la balle est-elle constante lors de la chute? Expliquez pourquoi. REA Compétence Capacité A B C D Approprier Extraire les informations Analyser Observer et décrire les phénomènes Réaliser Réaliser le protocole en respectant les règles de sécurité Valider Extraire des informations des données expérimentales et les exploiter Communiquer Rendre compte de façon écrite 4

5 Compétence Capacité Critère de réussite Approprier Extraire les informations Utiliser le vocabulaire approprié pour décrire le mouvement Analyser Observer et décrire les phénomènes Proposer deux trajectoires Investissement de chaque membre du groupe Réaliser le protocole en respectant les règles de Positionner l origine au bon endroit sécurité Réaliser l étalonnage Réaliser Prendre les points jusqu à ce que la balle touche le sol Calculer la vitesse correctement Valider Extraire des informations des données Dessiner et décrire les bonnes expérimentales et les exploiter trajectoires dans chaque situation Communiquer Rendre compte de façon écrite Dire que la description du mouvement dépend du point de vu, du référentiel justifier 5

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