3P4 Mouvement et interactions

  

PHYSIQUE-CHIMIE — CLASSE DE 3ᵉ

Mouvement et interactions

Cours de révision — préparation au Diplôme National du Brevet (DNB)

Chapitre 1 · Caractériser un mouvement

Chapitre 2 · Mouvements uniformes et non uniformes

Chapitre 3 · Modéliser une interaction

+ Fiche de révision express  •  Quiz corrigé  •  Exercice guidé façon brevet

Sessions du brevet 2026 / 2027

 

Sommaire

Chapitre 1 — Caractériser un mouvement

1. La trajectoire

2. La vitesse

3. La relativité du mouvement

4. Exercice résolu — le mouvement de la Lune

Chapitre 2 — Mouvements uniformes et non uniformes

1. Le mouvement uniforme

2. Les mouvements non uniformes

3. Exercice résolu — le saut en parachute

Chapitre 3 — Modéliser une interaction

1. L'interaction entre deux corps

2. Modéliser une action par une force

3. Construire et exploiter un diagramme objet-interaction

4. Exercice résolu — forces gravitationnelles Soleil/Terre/Lune

Fiche de révision express

Quiz (QCM + questions courtes, corrigé inclus)

Exercice guidé façon brevet — diagramme objet-interaction

 

Chapitre 1 — Caractériser un mouvement

Objectifs du chapitre : savoir décrire la trajectoire et la vitesse d'un objet en mouvement, et comprendre que le mouvement dépend du référentiel choisi.

1. La trajectoire

📘  Définition La trajectoire d'un objet est l'ensemble des positions successives occupées par cet objet au cours de son mouvement, dans un référentiel donné. On distingue notamment : ●        la trajectoire rectiligne : une ligne droite ; ●        la trajectoire circulaire : un cercle (ou un arc de cercle) ; ●        la trajectoire curviligne (ou quelconque) : une courbe qui n'est ni une droite ni un cercle.

 

Trajectoires rectiligne et circulaire ; relativité du mouvement selon le référentiel choisi.

2. La vitesse

📘  Définition La vitesse d'un objet indique la distance parcourue par unité de temps. Plus un objet parcourt une grande distance en peu de temps, plus sa vitesse est grande.

 

🧮  Formule v = d / t avec  v : vitesse (en m/s)  •  d : distance parcourue (en m)  •  t : durée du parcours (en s)

 

Unité de vitesse	Unité de distance	Unité de temps	Usage courant
m/s (mètre par seconde)	mètre (m)	seconde (s)	unité du Système International
km/h (kilomètre par heure)	kilomètre (km)	heure (h)	vitesses routières, panneaux

 

🛠️  Convertir une vitesse Pour convertir une vitesse de km/h en m/s, on multiplie par 1000/3600 ≈ 0,28 (ou on divise par 3,6). Pour convertir de m/s en km/h, on multiplie par 3,6. Exemple : 90 km/h = 90 / 3,6 = 25 m/s.

 

3. La relativité du mouvement

📘  Définition Le mouvement d'un objet ne peut être décrit que par rapport à un référentiel : un objet (ou système d'objets) par rapport auquel on étudie le mouvement. Un même objet peut être immobile dans un référentiel et en mouvement dans un autre : on dit que le mouvement est relatif. Exemple : un passager assis dans un train est immobile par rapport au train (référentiel du train), mais il est en mouvement par rapport au sol (référentiel terrestre).

 

Référentiel courant	Utilisation
Référentiel terrestre	un point fixe sur le sol ; utilisé pour la plupart des mouvements du quotidien
Référentiel géocentrique	centré sur le centre de la Terre, axes dirigés vers des étoiles lointaines ; utilisé pour étudier le mouvement de la Lune ou des satellites autour de la Terre
Référentiel héliocentrique	centré sur le centre du Soleil ; utilisé pour étudier le mouvement des planètes autour du Soleil

 

4. Exercice résolu — Caractériser le mouvement de la Lune

✏️  Énoncé La Lune met environ 27,3 jours pour effectuer un tour complet autour de la Terre, à une distance moyenne de 384 400 km. On considère que sa trajectoire est un cercle de rayon R = 384 400 km. 1. Dans quel référentiel étudie-t-on ici le mouvement de la Lune ? Quelle est la nature de sa trajectoire dans ce référentiel ? 2. Calculer la distance parcourue par la Lune en un tour complet (périmètre du cercle, avec la formule P = 2 × π × R). 3. En déduire la vitesse moyenne de la Lune sur son orbite, en km/h, sachant qu'un tour dure 27,3 jours (soit environ 655 h).

 

✅  Corrigé 1. Référentiel et trajectoire : on étudie le mouvement de la Lune dans le référentiel géocentrique (centré sur la Terre). Dans ce référentiel, la trajectoire de la Lune est quasiment circulaire. 2. Distance parcourue en un tour : P = 2 × π × R = 2 × π × 384 400 ≈ 2 415 000 km (soit environ 2,415 × 10⁶ km). 3. Vitesse moyenne : v = d / t = 2 415 000 / 655 ≈ 3 690 km/h La Lune se déplace donc à environ 3 690 km/h autour de la Terre, soit environ 1,0 km/s !

 

Chapitre 2 — Mouvements uniformes et non uniformes

Objectifs du chapitre : distinguer un mouvement à vitesse constante d'un mouvement à vitesse variable, et savoir l'identifier à partir de mesures.

Enregistrement chronophotographique : la répartition des positions renseigne sur le type de mouvement.

1. Le mouvement uniforme

📘  Définition Un mouvement est dit uniforme lorsque la valeur de la vitesse de l'objet reste constante au cours du temps. Sur un enregistrement à intervalles de temps égaux, les points représentant les positions successives sont régulièrement espacés (distance identique entre deux points consécutifs). Exemple : une voiture roulant sur autoroute avec le régulateur de vitesse activé, à 130 km/h constants.

 

2. Les mouvements non uniformes

📘  Définition Un mouvement est dit non uniforme lorsque la valeur de la vitesse de l'objet varie au cours du temps. On distingue : ●        un mouvement accéléré : la vitesse augmente au cours du temps (les points de l'enregistrement s'écartent de plus en plus) ; ●        un mouvement décéléré (ou ralenti) : la vitesse diminue au cours du temps (les points de l'enregistrement se rapprochent de plus en plus).

 

Situation	Type de mouvement	Explication
Un train qui freine à l'approche d'une gare	décéléré	sa vitesse diminue progressivement jusqu'à l'arrêt
Un parachutiste en chute libre juste après avoir sauté	accéléré	sa vitesse augmente sous l'effet de son poids
Un parachutiste juste après l'ouverture du parachute	décéléré puis quasi uniforme	le frottement de l'air freine fortement la chute, puis la vitesse se stabilise (vitesse limite)

 

3. Exercice résolu — Analyser le saut en parachute

✏️  Énoncé Un parachutiste saute d'un avion. Un capteur enregistre la distance totale qu'il a parcourue en chute, toutes les 2 secondes :

 

Temps t (s)	0	2	4	6	8	10	12
Distance parcourue depuis le saut (m)	0	18	60	120	185	245	305

 

✏️  Questions 1. Calculer la distance parcourue pendant chacun des intervalles de 2 s (entre 0-2 s, 2-4 s, 4-6 s, 6-8 s, 8-10 s, 10-12 s). 2. En déduire la vitesse moyenne du parachutiste sur chacun de ces intervalles. 3. Le mouvement est-il uniforme ? Identifier les différentes phases du mouvement et les relier à la situation physique (chute libre, ouverture du parachute).

 

✅  Corrigé 1. et 2. Tableau des distances et vitesses moyennes par intervalle :

 

Intervalle	0-2 s	2-4 s	4-6 s	6-8 s	8-10 s	10-12 s
Distance parcourue (m)	18	42	60	65	60	60
Vitesse moyenne (m/s)	9	21	30	32,5	30	30

 

✅  Interprétation 3. Le mouvement n'est pas uniforme sur l'ensemble du saut : on distingue plusieurs phases. ●        De 0 à 6 s : la vitesse augmente régulièrement (9 → 21 → 30 m/s) : c'est un mouvement accéléré, correspondant à la chute libre juste après le saut (le poids du parachutiste l'emporte sur les frottements de l'air, encore faibles). ●        Vers 6-8 s : la vitesse atteint son maximum (~32,5 m/s) : c'est probablement l'instant où le parachutiste atteint sa vitesse limite de chute libre, juste avant l'ouverture du parachute. ●        De 8 à 12 s : la vitesse redevient constante autour de 30 m/s : après l'ouverture du parachute (qui provoque une brève décélération), le mouvement redevient quasi uniforme, les frottements de l'air compensant exactement le poids du parachutiste (nouvelle vitesse limite, plus faible, grâce au parachute).

 

Chapitre 3 — Modéliser une interaction

Objectifs du chapitre : comprendre ce qu'est une interaction entre deux corps, modéliser une action par une force, et savoir construire et exploiter un diagramme objet-interaction.

1. L'interaction entre deux corps

📘  Définition Deux objets sont en interaction lorsqu'ils exercent l'un sur l'autre une action mécanique. Cette action est toujours réciproque : si un objet A agit sur un objet B, alors B agit aussi sur A. On distingue deux types d'interactions : ●        les interactions de contact : les deux objets se touchent (ex. : une main qui pousse un chariot, un livre posé sur une table) ; ●        les interactions à distance : les deux objets n'ont pas besoin de se toucher (ex. : l'attraction gravitationnelle entre la Terre et la Lune, l'attraction ou la répulsion entre deux aimants).

 

2. Modéliser une action par une force

📘  Définition Chaque action mécanique exercée par un objet sur un autre peut être modélisée par une force, représentée par un vecteur (une flèche). Une force est caractérisée par quatre éléments : 1.    son point d'application (où elle s'exerce) ; 2.    sa direction (la droite le long de laquelle elle agit) ; 3.    son sens (vers où elle pousse ou tire) ; 4.    sa valeur (son intensité), exprimée en newtons (symbole N).

 

Représentation d'une force par un vecteur : point d'application, direction, sens et valeur.

🛠️  À retenir Le poids d'un objet est un exemple de force à distance : il modélise l'attraction gravitationnelle exercée par la Terre sur cet objet. Il est toujours vertical, dirigé vers le bas, appliqué au centre de l'objet.

 

3. Construire et exploiter un diagramme objet-interaction

🛠️  Méthode Le diagramme objet-interaction est un schéma qui permet de repérer toutes les interactions subies par un objet étudié : 1.    Identifier l'objet étudié et tous les autres objets qui interagissent avec lui (dans son environnement proche). 2.    Représenter chaque objet par une bulle (ovale) contenant son nom. 3.    Relier les bulles en interaction par un trait : un trait continu pour une action de contact, un trait pointillé pour une action à distance. 4.    Nommer, si besoin, la nature de chaque interaction (contact, gravitation, magnétique…).

 

 

Exemple : diagramme objet-interaction d'un ballon posé sur une table.

⚠️  Attention Un diagramme objet-interaction ne représente pas les forces (pas de vecteurs, pas de valeurs) : il sert seulement à recenser les interactions. C'est une étape préalable, souvent suivie de la représentation des forces correspondantes sur un schéma.

 

4. Exercice résolu — Comparer les forces gravitationnelles Soleil-Lune et Terre-Lune

✏️  Énoncé Deux corps massifs quelconques s'attirent mutuellement par gravitation. La valeur de la force gravitationnelle entre deux objets de masses m₁ et m₂, séparés par une distance d, est donnée par la loi de gravitation universelle : F = G × (m₁ × m₂) / d² avec F en newtons (N), G = 6,67 × 10⁻¹¹ N·m²/kg² (constante de gravitation universelle), m₁ et m₂ en kg, d en m. Données : masse du Soleil M_S ≈ 1,99 × 10³⁰ kg ; masse de la Terre M_T ≈ 5,97 × 10²⁴ kg ; masse de la Lune M_L ≈ 7,34 × 10²² kg ; distance Terre-Lune d_TL ≈ 3,84 × 10⁸ m ; distance Soleil-Lune (environ égale à la distance Soleil-Terre) d_SL ≈ 1,50 × 10¹¹ m. 1. Calculer la valeur de la force gravitationnelle exercée par la Terre sur la Lune. 2. Calculer la valeur de la force gravitationnelle exercée par le Soleil sur la Lune. 3. Comparer ces deux forces. Le résultat est-il surprenant ?

 

 

Comparaison des forces gravitationnelles exercées sur la Lune (schéma sans échelle).

✅  Corrigé 1. Force Terre → Lune : F(T→L) = G × (M_T × M_L) / d_TL² F(T→L) = 6,67 × 10⁻¹¹ × (5,97 × 10²⁴ × 7,34 × 10²²) / (3,84 × 10⁸)² F(T→L) ≈ 6,67 × 10⁻¹¹ × 4,38 × 10⁴⁷ / 1,47 × 10¹⁷ F(T→L) ≈ 1,98 × 10²⁰ N 2. Force Soleil → Lune : F(S→L) = G × (M_S × M_L) / d_SL² F(S→L) = 6,67 × 10⁻¹¹ × (1,99 × 10³⁰ × 7,34 × 10²²) / (1,50 × 10¹¹)² F(S→L) ≈ 6,67 × 10⁻¹¹ × 1,46 × 10⁵³ / 2,25 × 10²² F(S→L) ≈ 4,3 × 10²⁰ N 3. Comparaison : F(S→L) / F(T→L) ≈ 4,3 / 1,98 ≈ 2,2. La force gravitationnelle exercée par le Soleil sur la Lune est donc plus de deux fois plus grande que celle exercée par la Terre ! Ce résultat est surprenant à première vue, car la Lune tourne autour de la Terre et non autour du Soleil. Il s'explique par le fait que la Lune et la Terre suivent presque la même trajectoire autour du Soleil : ce n'est pas la force totale du Soleil qui détermine le mouvement de la Lune autour de la Terre, mais la très faible différence entre les attractions solaires subies par la Terre et par la Lune. Ce point dépasse le programme du collège mais montre qu'il faut rester prudent avant de tirer une conclusion trop rapide d'un simple calcul de force !

 

Fiche de révision express

Une synthèse à relire juste avant le brevet : caractérisation d'un mouvement, puis modélisation d'une interaction.

Caractériser un mouvement

🧮  À connaître par cœur ●        Trajectoire = ensemble des positions successives d'un objet. Types : rectiligne, circulaire, curviligne. ●        Vitesse : v = d / t (v en m/s, d en m, t en s). Conversion : diviser par 3,6 pour passer de km/h à m/s. ●        Relativité du mouvement : le mouvement dépend du référentiel choisi (terrestre, géocentrique, héliocentrique). ●        Mouvement uniforme : vitesse constante — points régulièrement espacés sur un enregistrement à intervalles de temps égaux. ●        Mouvement accéléré : la vitesse augmente ; mouvement décéléré : la vitesse diminue.

 

Modéliser une interaction

🧮  À connaître par cœur ●        Interaction entre deux objets = action réciproque. De contact (objets qui se touchent) ou à distance (ex. : gravitation, magnétisme). ●        Force = modélisation d'une action par un vecteur, caractérisé par point d'application, direction, sens et valeur (en newtons, N). ●        Diagramme objet-interaction : bulles = objets ; trait continu = action de contact ; trait pointillé = action à distance. ●        Loi de gravitation universelle : F = G × (m₁ × m₂) / d², avec G = 6,67 × 10⁻¹¹ N·m²/kg². La force augmente avec les masses, et diminue rapidement quand la distance augmente. ●        Le poids d'un objet est la force modélisant l'attraction gravitationnelle exercée par la Terre sur cet objet (verticale, vers le bas).

 

Quiz

10 questions à choix multiples (QCM) + 4 questions courtes. Le corrigé se trouve à la fin.

QCM (une seule bonne réponse par question)

1. La trajectoire d'un objet est :

●        A. sa vitesse à un instant donné

●        B. l'ensemble de ses positions successives

●        C. la force qui s'exerce sur lui

2. La formule de la vitesse moyenne est :

●        A. v = d × t

●        B. v = d / t

●        C. v = t / d

3. 90 km/h correspond à :

●        A. 25 m/s

●        B. 90 m/s

●        C. 32,4 m/s

4. Un passager assis dans un train en mouvement est :

●        A. immobile dans tous les référentiels

●        B. immobile dans le référentiel du train, en mouvement dans le référentiel terrestre

●        C. en mouvement dans tous les référentiels

5. Sur un enregistrement chronophotographique, un mouvement uniforme se traduit par des points :

●        A. régulièrement espacés

●        B. de plus en plus espacés

●        C. de plus en plus rapprochés

6. Un objet dont la vitesse augmente au cours du temps a un mouvement :

●        A. uniforme

●        B. accéléré

●        C. décéléré

7. Une force est caractérisée par :

●        A. seulement sa valeur

●        B. point d'application, direction, sens et valeur

●        C. uniquement sa direction

8. L'unité de la valeur d'une force est :

●        A. le mètre par seconde

●        B. le newton

●        C. le kilogramme

9. Dans un diagramme objet-interaction, un trait pointillé représente :

●        A. une action de contact

●        B. une action à distance

●        C. une absence d'interaction

10. D'après l'exercice résolu du chapitre 3, la force gravitationnelle exercée par le Soleil sur la Lune, comparée à celle exercée par la Terre sur la Lune, est :

●        A. environ deux fois plus faible

●        B. à peu près égale

●        C. environ deux fois plus grande

Questions courtes

1.    Donner la définition d'une interaction entre deux corps et citer un exemple d'interaction à distance.

2.    Quelles sont les quatre caractéristiques d'une force ?

3.    Expliquer, en une phrase, pourquoi on dit que le mouvement est relatif.

4.    Un cycliste roule à vitesse constante puis freine pour s'arrêter à un feu rouge. Décrire les deux types de mouvement qu'il effectue successivement.

Corrigé du quiz

✅  QCM 1-B  •  2-B  •  3-A  •  4-B  •  5-A  •  6-B  •  7-B  •  8-B  •  9-B  •  10-C

 

✅  Questions courtes 1. Deux corps sont en interaction lorsqu'ils exercent l'un sur l'autre une action mécanique réciproque. Exemple d'interaction à distance : l'attraction gravitationnelle entre la Terre et la Lune. 2. Point d'application, direction, sens et valeur (en newtons). 3. Le mouvement est relatif car un même objet peut être immobile dans un référentiel et en mouvement dans un autre référentiel : il n'existe pas de mouvement « absolu », il faut toujours préciser le référentiel d'étude. 4. Lorsqu'il roule à vitesse constante, son mouvement est uniforme. Lorsqu'il freine, sa vitesse diminue progressivement : son mouvement est décéléré (non uniforme).

 

Exercice guidé façon brevet

Construire et exploiter un diagramme objet-interaction : le cas d'un skieur tracté par un télésiège

Barème indicatif : /20 — durée conseillée : 20 min

✏️  Contexte Un skieur est assis sur un télésiège, en mouvement le long d'un câble tracté par un moteur. Le skieur porte des skis qui reposent, à vide, sur la neige lors de la montée (les skis frôlent la neige sans y être posés fermement). On étudie les interactions subies par le système {skieur + skis}.

 

✏️  Questions 1. (4 pts) Recenser tous les objets de l'environnement qui interagissent avec le système {skieur + skis} : le câble du télésiège (par l'intermédiaire du siège), la Terre, la neige, l'air. 2. (4 pts) Pour chacune de ces interactions, préciser s'il s'agit d'une action de contact ou d'une action à distance. 3. (6 pts) Construire le diagramme objet-interaction du système {skieur + skis}, en plaçant le système étudié au centre et en reliant chaque objet en interaction par le type de trait approprié (continu ou pointillé). 4. (3 pts) Parmi les interactions recensées, laquelle correspond au poids du système {skieur + skis} ? 5. (3 pts) Le siège exerce une force sur le skieur. D'après le principe des actions réciproques, que peut-on dire de la force exercée par le skieur sur le siège ?

 

✅  Corrigé détaillé 1. (4 pts) Objets en interaction avec le système {skieur + skis} : le siège du télésiège (qui le porte), la Terre, la neige (frôlement) et l'air (résistance de l'air, généralement négligeable à faible vitesse). 2. (4 pts) ●        Siège ↔ système : action de contact (le siège soutient le skieur). ●        Terre ↔ système : action à distance (gravitation, à l'origine du poids). ●        Neige ↔ système : action de contact (frôlement des skis). ●        Air ↔ système : action de contact (résistance de l'air). 3. (6 pts) Le diagramme attendu place « Skieur + skis » au centre, avec : ●        un trait continu vers « Siège » (contact) ; ●        un trait continu vers « Neige » (contact) ; ●        un trait continu vers « Air » (contact) ; ●        un trait pointillé vers « Terre » (action à distance). (Un schéma correctement légendé avec des bulles et les bons types de traits est attendu — voir la méthode et l'exemple du chapitre 3.) 4. (3 pts) Le poids correspond à l'interaction à distance entre la Terre et le système {skieur + skis} (force verticale, vers le bas, appliquée au centre du système). 5. (3 pts) D'après le principe des actions réciproques, la force exercée par le skieur sur le siège a la même valeur et la même direction que la force exercée par le siège sur le skieur, mais un sens opposé.