Mouvements et vitesse : cours de 6e

Une voiture file sur la route, un ballon retombe, la Terre tourne : autour de toi, presque tout est en mouvement. En sciences, on étudie ces déplacements avec rigueur. Dans ce cours, tu apprends à dire comment un objet se déplace (sa trajectoire), avec quelle rapidité (sa vitesse), et à calculer cette rapidité.¹

En cycle 3, on part d'abord de situations simples à observer. Tu commences par déterminer de quel type est le déplacement d'un objet, selon la position de la personne qui regarde. Ensuite, tu affines peu à peu ta description.¹

Cette définition contient une idée précieuse : on ne peut pas dire qu'un objet bouge sans dire par rapport à quoi. Imagine un passager assis dans un train. Pour le contrôleur qui est assis à côté, le passager ne bouge pas : la distance entre eux reste la même. Pour une personne qui attend sur le quai, le même passager passe à toute allure. Le passager est donc immobile dans un cas et en mouvement dans l'autre. Il n'y a aucune contradiction : le point de repère n'est pas le même.

Le programme de 6e demande de distinguer deux grands types de trajectoires : le mouvement rectiligne et le mouvement circulaire.²

• Un mouvement est rectiligne quand la trajectoire est une portion de droite. Exemple : une bille qui roule droit sur une table plane, une voiture sur une route bien droite.
• Un mouvement est circulaire quand la trajectoire est un cercle (ou une partie de cercle). Exemple : l'extrémité de l'aiguille d'une horloge, un enfant sur un manège.³

Comparer deux objets en mouvement oblige à regarder deux choses en même temps : la distance et la durée. Deux coureurs qui font 100 m ne sont pas à égalité si l'un met 14 s et l'autre 18 s. Celui qui met le moins de temps pour la même distance va plus vite. À l'inverse, si deux cyclistes roulent pendant une heure, celui qui parcourt la plus grande distance va plus vite.

La vitesse résume ces deux informations en un seul nombre.

Le programme demande de connaître les unités de la vitesse et des ordres de grandeur.² Une vitesse s'exprime toujours avec une unité de distance divisée par une unité de temps.

Les élèves du cycle 3 rencontrent d'abord les unités qu'on voit dans la vie courante, comme le kilomètre par heure sur les panneaux de route.²

Pour te faire une idée des ordres de grandeur, compare toujours un résultat à des situations connues. Un résultat de 400 km/h pour un cycliste doit t'alerter : tu t'es sûrement trompé d'unité, par exemple en divisant des mètres par des minutes. Une réponse qui n'a pas de sens dans la vie réelle est un excellent signal d'erreur.

Un objet ne garde pas toujours la même vitesse. En observant comment elle évolue au cours du temps, on distingue plusieurs types de mouvements.³

On peut combiner la trajectoire et l'évolution de la vitesse. Un point qui décrit un cercle avec une vitesse constante a un mouvement circulaire uniforme.³ Une voiture qui roule sur une ligne droite en accélérant a un mouvement rectiligne accéléré. Chaque description comporte donc deux informations : la forme de la trajectoire, puis l'évolution de la vitesse.

Au cycle 3, on mesure vraiment la vitesse de différents objets : une bille, une voiture jouet, un robot, ou même un élève qui court un 400 m.² L'idée est d'élaborer soi-même un protocole pour mesurer la valeur d'une vitesse.² La mesure expérimentale d'une vitesse est une étape importante de la progression du programme.¹

La vitesse n'est pas qu'un nombre de cours de sciences. Elle a des effets concrets, notamment sur les transports. En 2002, à Rotterdam, une portion d'autoroute de 3,5 km, située dans le quartier d'Overschie, a vu sa limite passer de 120 à 80 km/h, avec une surveillance de la vitesse. Les rejets ont alors diminué : de 15 à 20 % pour les oxydes d'azote, de 25 à 30 % pour les particules PM10 et de 21 % pour le monoxyde de carbone.⁴

Cet exemple montre que la vitesse d'un véhicule est liée à l'énergie dont il a besoin : plus un objet est lourd, plus il faut d'énergie pour augmenter sa vitesse, puis pour la diminuer.⁴ Tu retrouveras ce lien quand tu étudieras les sources et les formes d'énergie.¹