Chronophotographie : exercices corrigés
Cinq chronophotographies à exploiter, de la seconde à la terminale, avec questions, corrigés détaillés et figures. Imprimables avec ou sans corrigés.
Mesurez les distances sur les figures avec une règle et utilisez l'échelle dessinée (en bas à gauche) pour obtenir les distances réelles. Les corrigés sont calculés à partir des positions exactes ; vos mesures peuvent différer légèrement. Le bouton « Ouvrir dans l'outil » charge la chronophotographie dans le pointage vidéo, qui recalcule tout et trace les vecteurs.
- Palet sur une table à coussin d'air (Seconde)
- Chute d'une bille (Seconde, première)
- Lancer d'un ballon (Première, terminale)
- Point d'un disque qui tourne (Première, terminale)
- Freinage d'une voiture miniature (Seconde, première)
Exercice 1 — Palet sur une table à coussin d'air Seconde
Un palet glisse sur une table horizontale à coussin d'air. On a superposé ses positions toutes les τ = 40 ms.
- Décrire la trajectoire et l'évolution de la vitesse du palet.
- Mesurer la distance M1M13 à l'aide de l'échelle, puis calculer la vitesse du palet.
- Que peut-on dire des forces qui s'exercent sur le palet ? Justifier.
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Corrigé
- Les points sont alignés et régulièrement espacés (1,6 cm entre deux positions) : le mouvement est rectiligne uniforme.
- M1M13 = 19,2 cm, parcourus en 12τ = 0,48 s : v = 0,192 / 0,48 = 0,40 m/s.
- Le vecteur vitesse est constant : d'après le principe d'inertie, les forces qui s'exercent sur le palet (poids et action de l'air) se compensent.
Exercice 2 — Chute d'une bille Seconde, première
Une bille tombe verticalement ; ses positions sont enregistrées toutes les τ = 40 ms (la bille a déjà une vitesse en M1).
- Comment évolue la vitesse de la bille ? Justifier sans calcul.
- Calculer les vitesses v3 et v5 de la bille aux points M3 et M5.
- Représenter les vecteurs vitesse en M3 et M5 (échelle des vitesses : 1 cm pour 1 m/s), puis le vecteur variation de vitesse Δv4 = v5 − v3.
- En déduire l'accélération de la bille et comparer à g = 9,81 m/s².
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Corrigé
- L'écart entre deux positions successives augmente : la vitesse augmente (mouvement rectiligne accéléré).
- v3 = M2M4 / 2τ = 0,143 / 0,08 = 1,78 m/s ; v5 = M4M6 / 2τ = 0,206 / 0,08 = 2,57 m/s.
- Les deux vecteurs sont verticaux, vers le bas ; Δv4 est donc vertical, vers le bas, de valeur 0,78 m/s (voir la figure).
- a4 = Δv4 / (t5 − t3) = 0,78 / 0,08 = 9,81 m/s², égale à g : la bille est en chute libre (frottements négligeables).
Exercice 3 — Lancer d'un ballon Première, terminale
Un ballon est lancé vers le haut et vers l'avant. Ses positions sont repérées toutes les τ = 60 ms ; on néglige l'action de l'air.
- Que remarque-t-on sur l'espacement horizontal des positions ? Que peut-on en conclure pour la vitesse horizontale vx ?
- Calculer et représenter les vecteurs vitesse en M4 et M6.
- Construire Δv5 = v6 − v4. Quelles sont sa direction et son sens ?
- Calculer l'accélération en M5. Quelle force explique ce résultat ?
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Corrigé
- Les positions sont régulièrement espacées horizontalement (19,3 cm) : vx est constante, vx = 3,21 m/s.
- v4 = M3M5 / 2τ = 3,82 m/s ; v6 = M5M7 / 2τ = 3,33 m/s. Chaque vecteur est parallèle à la corde correspondante, dans le sens du mouvement.
- Δv5 est vertical, vers le bas (Δvx = 0,00 m/s), de valeur 1,18 m/s.
- a5 = Δv5 / 2τ = 1,18 / 0,12 = 9,81 m/s² ≈ g, vertical vers le bas : seul le poids agit (deuxième loi de Newton).
Exercice 4 — Point d'un disque qui tourne Première, terminale
Un repère collé au bord d'un disque est photographié toutes les τ = 100 ms. Le disque tourne à vitesse constante autour de O.
- Quelle est la nature du mouvement ? La vitesse change-t-elle ? Le vecteur vitesse change-t-il ?
- Calculer la vitesse en M3 et en M5, puis représenter les vecteurs vitesse.
- Construire Δv4 = v5 − v3. Vers où est-il dirigé ?
- Calculer l'accélération en M4 et la comparer à v²/R.
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Corrigé
- Les points sont sur un cercle et régulièrement espacés : mouvement circulaire uniforme. La valeur de la vitesse est constante, mais la direction du vecteur vitesse change à chaque instant.
- v3 = M2M4 / 2τ = 0,75 m/s = v5. Les vecteurs sont tangents au cercle. (Valeur exacte : 2πR/T = 0,79 m/s ; la corde est un peu plus courte que l'arc.)
- Δv4 est dirigé vers le centre O du cercle : l'accélération est centripète.
- a4 = Δv4 / 2τ = 0,75 / 0,2 = 3,75 m/s² ; v²/R = 3,75 m/s² avec la vitesse mesurée : l'accord est bon, à l'erreur de la méthode près.
Exercice 5 — Freinage d'une voiture miniature Seconde, première
Une voiture miniature freine sur une piste horizontale ; ses positions sont relevées toutes les τ = 100 ms jusqu'à l'arrêt.
- Décrire le mouvement de la voiture.
- Calculer les vitesses v2, v4 et v6.
- La vitesse diminue-t-elle régulièrement ? Calculer l'accélération moyenne entre M2 et M6.
- Quel est le sens de la somme des forces qui s'exercent sur la voiture ?
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Corrigé
- Les points sont alignés et de plus en plus rapprochés : mouvement rectiligne ralenti.
- v2 = 1,05 m/s ; v4 = 0,75 m/s ; v6 = 0,45 m/s.
- Elle diminue de 0,30 m/s toutes les 0,2 s : oui. a = (v6 − v2) / (t6 − t2) = (0,45 − 1,05) / 0,4 = −0,75 m/s².
- Δv est opposé au mouvement : la somme des forces est opposée au sens du mouvement (forces de freinage).
Pour aller plus loin
La méthode est détaillée dans la fiche « exploiter une chronophotographie ». Pour créer vos propres sujets, filmez un mouvement et pointez-le avec l'outil : « Imprimer un sujet élève » produit une chronophotographie et des questions, « Imprimer le document complet » le corrigé.