Mouvement d’un projectile

LycéePhysiqueModèle idéal de projectile, sans tenir compte de la résistance de l’air

À propos de cette expérience

Lancez une balle selon l’angle et à la vitesse de votre choix, puis observez la parabole qu’elle décrit. La simulation décompose le mouvement en une vitesse horizontale constante et un mouvement vertical soumis à une accélération constante vers le bas. Les élèves peuvent ainsi comprendre pourquoi la trajectoire est une parabole et comment chaque variable modifie la portée et la hauteur.

Objectifs pédagogiques

  • Décomposer le mouvement d’un projectile en mouvements horizontal et vertical indépendants
  • Prédire la hauteur maximale, la portée et la durée du vol à partir des conditions de lancement
  • Expliquer pourquoi un angle de 45° donne la portée maximale sur un terrain plat et pourquoi celle-ci varie avec la hauteur de lancement
  • Comparer un même lancement sous l’effet de la gravité de différentes planètes

Comment l’utiliser

  1. 1Réglez l’angle de lancement et la vitesse initiale à l’aide des curseurs, ou faites glisser depuis le lanceur sur la scène pour viser.
  2. 2Appuyez sur « Lancer ». Les flèches bleue et verte indiquent les composantes horizontale et verticale de la vitesse pendant le vol.
  3. 3Ne modifiez qu’une variable à la fois, puis relancez. Jusqu’à cinq trajectoires précédentes restent affichées pour comparaison.
  4. 4Réglez la gravité sur la Lune ou Jupiter et comparez la nouvelle trajectoire à celle de la Terre, affichée en estompé.

Le modèle

Position horizontale : vitesse constante
Position verticale : accélération constante g vers le bas
Hauteur maximale
Portée sur terrain plat

Hypothèses

  • La résistance de l’air est négligée ; la vitesse horizontale ne change donc jamais.
  • La gravité est uniforme et orientée directement vers le bas.
  • La balle est assimilée à une masse ponctuelle, et le vol prend fin lorsqu’elle atteint le sol (y = 0).

À essayer en classe

  1. Q1Trouve deux angles différents qui donnent la même portée. Quelle est leur somme ?
  2. Q2Augmente la hauteur de lancement à 20 m. L’angle de 45° donne-t-il toujours la plus grande portée ?
  3. Q3Double la vitesse initiale. Par quel facteur la portée change-t-elle, et pourquoi ?
  4. Q4Au point le plus haut, quelle composante de la vitesse est nulle et laquelle ne l’est pas ?

Foire aux questions

Pourquoi l’angle de 45° donne-t-il la portée maximale ?

Sur terrain plat, la portée est proportionnelle à sin 2θ, qui atteint sa valeur maximale de 1 lorsque 2θ = 90°, soit θ = 45°.

Une balle plus lourde atterrit-elle plus loin ?

Pas dans ce modèle. En l'absence de résistance de l'air, tous les objets tombent avec la même accélération g ; la masse n'apparaît donc dans aucune des équations.

Pourquoi les balles réelles n'atteignent-elles pas la distance prévue ?

La résistance de l'air ralentit la balle dans les deux sens. Cet effet augmente avec la vitesse : les lancers rapides vont donc moins loin que ne le prédit la parabole idéale.