Nomme le système et la grandeur demandée
Une question de mouvement, une question de forces et une question d'énergie peuvent décrire le même objet en demandant des modèles différents. Écris ce que la question te demande de trouver, puis liste les grandeurs données avec leurs unités. Un schéma de la trajectoire ou des forces peut montrer quelle relation convient.
En mécanique de base, garde visibles les hypothèses indiquées : masse constante, accélération constante ou résistance négligeable. Si une formule dépend de l'une de ces hypothèses, elle a sa place dans l'explication. Un calcul juste, avec un modèle qui ne convient pas, ne répond pas au problème physique.
Distingue la vitesse moyenne du vecteur vitesse moyen
La vitesse moyenne est la distance totale divisée par la durée écoulée. Le vecteur vitesse moyen est le déplacement divisé par la durée écoulée, sens compris. Un coureur qui fait 100 m à l'aller et 100 m au retour en 50 s a une vitesse moyenne de 200/50 = 4 m/s, mais un vecteur vitesse moyen nul, parce que la position finale coïncide avec la position initiale.
L'exemple du cycliste donne une vitesse moyenne de 5 m/s, à partir de 150 m en 30 s. Ces totaux ne donnent pas la vitesse à un instant précis. Si la question demande la vitesse instantanée, il te faut une information de plus, par exemple une pente locale sur un graphe adapté.
Lis les axes du graphe avant d'utiliser sa pente
Sur un graphe de la distance cumulée parcourue en fonction du temps, la pente donne la vitesse. Un segment droit de (10 s, 20 m) à (30 s, 80 m) a pour pente (80 − 20)/(30 − 10) = 3 m/s. Utilise les variations entre les extrémités, pas 80/30, parce que ce segment commence après l'origine.
Un graphe position-temps utilise la position, et non la distance cumulée ; sa pente donne la vitesse algébrique, qui peut être négative. Un graphe vitesse-temps a l'accélération pour pente, et son aire algébrique sur un intervalle donne le déplacement. La même droite montante change de signification quand la grandeur verticale change.
Utilise la force résultante dans la deuxième loi de Newton
Pour un objet de masse constante dans un référentiel galiléen, la somme vectorielle des forces extérieures est Fnet = ma. Suppose qu'un chariot de 2 kg subit une force horizontale de 10 N vers la droite et une force opposée de 4 N vers la gauche. En prenant la droite comme sens positif, Fnet = 10 − 4 = 6 N, donc l'accélération est 6/2 = 3 m/s² vers la droite.
La seule force appliquée de 10 N n'est pas la force résultante. Un diagramme des forces doit inclure les forces exercées sur l'objet choisi et les sens utiles. Les forces verticales peuvent se compenser alors que les forces horizontales ne se compensent pas. Indique la convention d'axe avant de calculer les composantes algébriques.
Relie travail et énergie dans les conditions indiquées
Pour une force constante parallèle au déplacement, le travail est le produit de la force par le déplacement. Une force de 6 N qui agit sur 3 m dans le même sens effectue un travail de 18 J. Si la force fait un angle, c'est sa composante le long du déplacement qui compte ; la relation générale, pour une force constante, est W = Fd cos θ.
Près de la surface de la Terre, une variation d'énergie potentielle de pesanteur se modélise par ΔU = mgΔh quand g est pratiquement constant. Élever 2 kg de 1,5 m avec g = 9,8 m/s² donne 29,4 J. Nomme la variation de hauteur et le modèle avant de comparer des valeurs d'énergie.
Garde les unités dans les conversions et les vérifications
Pour convertir 54 km/h en m/s, multiplie par 1000 m/km et divise par 3600 s/h : 54 × 1000/3600 = 15 m/s. La simplification des unités montre pourquoi les facteurs vont dans cet ordre. Une force divisée par une masse donne une accélération, parce que N/kg équivaut à m/s².
Vérifie séparément la grandeur demandée, les signes, les unités et un ordre de grandeur plausible. Un contrôle des dimensions peut révéler une mauvaise formule, mais il ne prouve pas que le modèle choisi convient à la situation. Apporte à Lirno ton schéma et ce que tu as posé quand le doute porte sur le modèle plutôt que sur le calcul.
Utilise un bilan d'énergie quand plusieurs forces effectuent un travail
Une poussée horizontale constante de 12 N déplace une caisse de 3 m vers la droite. Une force de frottement constante de 4 N s'oppose au mouvement. La poussée effectue un travail de +36 J et le frottement un travail de −12 J. Si ce sont les seules forces qui travaillent, la somme des travaux est +24 J, donc l'énergie cinétique de la caisse augmente de 24 J.
Pour une caisse de masse 2 kg partant du repos, ΔK = ½mv² donne 24 = ½ × 2 × v², d'où v = √24 ≈ 4,90 m/s. Une vérification par les forces donne une force résultante de 8 N et une accélération de 4 m/s² ; v² = 2as = 24 est en accord, dans les mêmes conditions de force constante. Si tu n'utilises que la poussée, tu oublies l'énergie transférée par le frottement.
