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Vitesse
La vitesse d'un objet est le rapport entre la distance parcourue par l'objet et la durée du parcours.
Si la distance est exprimée en mètres, et le temps est mesuré en secondes, alors la vitesse s'exprime en m/s (mètres par seconde). C'est la mesure dans le système international d'unités, en particulier utilisé en physique !
Unité
Une unité plus courante, par exemple sur la route, est le kilomètre par heure ou km/h. Il faut mesurer la distance en kilomètres et la durée en heures.
Rouler à 120 km/h, cela signifie qu'en une heure, on parcourt 120 kilomètres.
Comment convertir ?
- Pour passer du m/s au km/h, il faut multiplier par 3,6. Par exemple, 10 m/s, c'est 36 km/h.
- Pour passer du km/h au m/s, il faut diviser par 3,6. Par exemple, 7,2 km/h, c'est 2 m/s.
Quelques vitesses à connaitre
Constantes physiques :
- La vitesse de la lumière vaut 299 792 458 m/s. Elle est donnée et exacte. Elle ne dépend pas de la vitesse de l'observateur. Elle est aujourd'hui utilisée pour définir le mètre !
- La vitesse du son dans l'air vaut environ 340 m/s. Cette vitesse n'est pas constante, elle dépend de la température. Le son va plus vite lorsqu'il fait chaud !
- La vitesse du son dans l'eau vaut environ 1 435 m/s.
Quelques records de vitesse :
- Un marathon est une course de 42 195 mètres (c'est un exercice d'endurance). Le record du monde pour les hommes est de 2 heures 6 minutes et 50 secondes. Quelle a été la vitesse du marathonien ? Réponse : 5,5 m/s ou 19,96 km/h.
- Sur l'épreuve 100 m Natation femme, le record est de 54 s. 48'. Quelle était la vitesse de la nageuse ? Réponse : 1,84 m/s.
Vitesse moyenne
Comme la vitesse d'un objet peut changer en permanence, on distingue deux types de vitesses : la vitesse moyenne et la vitesse instantanée.
La définition de « vitesse moyenne » correspond à la définition de « vitesse » donnée plus haut. Elle se calcule par la relation v=d/t, avec v la vitesse, d la distance et t le temps.
Vitesse instantanée
La vitesse instantanée est la vitesse à un moment précis, elle pourra être différente quelques instants plus tard. Elle est définie de la même façon que la vitesse moyenne sauf que pour la calculer, on doit connaître la distance parcourue par un objet en un temps le plus court possible (on dit que la grandeur t (temps) tend à se rapprocher de zéro).
C'est le type de vitesse utilisée par le compteur d'une voiture, par un radar de police...
Limitation de vitesse
Un conducteur doit respecter le code de la route : il doit respecter des limitations de vitesses. En France un conducteur ne doit pas rouler à plus de :
- 50 km/h dans les villes et villages ;
- 80 km/h sur une route ;
- Il existe quelques exceptions où le conducteur peut rouler à 90 km/h comme lorsque la route possède un séparateur central ou au moins deux voies dans le même sens ;
- 110 km/h sur une voie rapide lorsque chaque sens est séparé et possède au moins deux voies par sens ;
- 130 km/h sur une autoroute.
Respecter les limitations de vitesses est important pour assurer la sécurité routière des usagers. Sur les poids lourds, il y a des chronotachygraphes.
Les limitation de vitesse sont différentes selon les pays. Dans l'Union Européenne par exemple :
- La majorité des pays roulent à 120 ou 130 km/h sur autoroute. L'Allemagne est le seul pays à avoir des autoroutes sans limite de vitesse, pour certaines voitures.
- Presque tous les pays européens roulent entre 80 et 100km/h sur route, la Finlande fait exception avec une limitation à 70 km/h.
- Presque tous les pays européens roulent à 50 km/h en ville, avec la particularité du Royaume-Unis (48 km/h du fait de l'utilisation d'un autre système de mesure), et la Pologne à 60 km/h uniquement la nuit.
Autres notions et outils de physique concernant la vitesse
En physique, la variation de la vitesse en fonction du temps est l'accélération. Une vitesse qui baisse (un ralentissement) est une accélération négative. Si on prend en compte la direction du mouvement, un objet qui prend un virage subit aussi une accélération qui fait changer la direction de sa vitesse même si sa valeur en chiffre reste la même.
Pour représenter des vitesses avec les directions qu'elles ont, on se sert de l'outil mathématique appelé le vecteur. Cela fait des vecteurs vitesse, c'est-à-dire des flèches dont les directions indiquent celles des déplacements, et les longueurs sont proportionnelles aux vitesses qu'on représente.
Pour pratiquer
Vitesse instantanée et vitesse moyenne sur www.labosim.net
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