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Mécanique newtonienne

Mouvement rectiligne uniformément varié

Étudiez le mouvement rectiligne à accélération constante. Vérifiez v=v0+atv = v_0 + at et x=x0+v0t+12at2x = x_0 + v_0t + \frac{1}{2}at^2 via le graphe v–t linéaire dont la pente vaut l'accélération.

Collège

Matériel

  • Modèle 3D d'un corps se déplaçant en ligne droite avec trace
  • Curseur de temps pour parcourir le mouvement
  • Curseur de paramètre réglant l'accélération
  • Graphes v–t et x–t avec ligne d'affichage

Protocole

  1. Lire la pente du graphe v–t

    Lancez la simulation et déplacez le curseur de temps : sur le graphe v–t, la vitesse croît le long d'une droite. Mesurez la pente entre deux points quelconques et comparez-la à l'accélération affichée — la pente vaut aa.

  2. Vérifier la distance sous le graphe

    À un instant t choisi avec le curseur, lisez la position x sur le canevas. L'aire du trapèze sous la droite v–t jusqu'à cet instant vaut v0t+12at2v_0t + \frac{1}{2}at^2 — exactement le déplacement x−x0x - x_0 ; comparez les deux calculs.

  3. Modifier l'accélération et observer la courbure

    Déplacez le curseur de paramètre pour augmenter a : la droite v–t se raidit et la courbe x–t se courbe davantage. Essayez a négatif et observez le corps ralentir puis repartir ; prédisez l'instant d'arrêt via v=v0+at=0v = v_0 + at = 0 avant de vérifier sur la figure.

Simulation

Histoire de l’expérience

En 1604, Galileo Galilei reconnut, par des expériences sur plan incliné, que la distance de chute croît comme le carré du temps — base du mouvement uniformément accéléré. Il publia le théorème des « nombres impairs » (distances en intervalles égaux dans le rapport 1:3:5:7…) dans les Discorsi (1638). Nicole Oresme, au XIVe siècle, avait déjà esquissé l'idée de graphes vitesse–temps (géométrie du mouvement), mais il fallut Galilée pour la mesure expérimentale. Newton plaça ensuite l'accélération dans ses lois de la dynamique (1687), faisant de v=v0+atv = v_0 + at une conséquence de la force constante.

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