Le cours expliqué simplement, les questions que tous les élèves se posent et des exercices type examen national. Programme marocain, gratuit.
📘 Fiche de cours
L'essentiel du cours
Dans un champ de pesanteur uniforme $\vec{g}$, le mouvement d'un projectile est régi par la deuxième loi de Newton : $\sum \vec{F} = m\vec{a}$. Ici, seul le poids $\vec{P} = m\vec{g}$ agit.
Position : $\vec{OM}(t) = (v_0 \cos\alpha \cdot t, -\frac{1}{2}gt^2 + v_0 \sin\alpha \cdot t)$.
L'équation de la trajectoire est : $y = -\frac{g}{2v_0^2 \cos^2\alpha} x^2 + (\tan\alpha)x$.
Méthodes à maîtriser
Établir les équations horaires : Projeter $\vec{a}$ sur les axes $Ox$ et $Oy$, intégrer deux fois en utilisant les conditions initiales ($x_0, y_0, v_{0x}, v_{0y}$).
Trouver l'équation de la trajectoire : Isoler $t$ dans $x(t)$ et le remplacer dans $y(t)$.
Calculer la portée et la flèche : Utiliser $y=0$ pour la portée et $v_y=0$ pour la flèche.
Exemples corrigés
Exemple : Un projectile est lancé avec $v_0 = 20 , m/s$ à $\alpha = 30^\circ$.
$x(t) = 20 \cos(30^\circ) t = 17,32t$.
$y(t) = -5t^2 + 20 \sin(30^\circ) t = -5t^2 + 10t$.
La flèche est atteinte quand $v_y = -10t + 10 = 0 \Rightarrow t = 1s$. $y_{max} = -5(1)^2 + 10(1) = 5 , m$.
Erreurs fréquentes
Oublier de convertir l'angle en radians ou degrés selon la calculatrice.
Confondre les signes de $g$ dans les projections.
Oublier les conditions initiales ($x_0, y_0$) si elles ne sont pas nulles.
🌉 Jisr : les mots du chapitre FR ⇄ AR
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Katchd had $t$ o katchouha f'blassat $t$ li f'l'équation dyal $y$.
💡 À retenir : L'équation de la trajectoire est toujours de la forme $y = ax^2 + bx$.
Est-ce que la masse du projectile change la trajectoire ?
Non, dans le cas d'une chute libre sans frottement, la masse $m$ se simplifie dans la deuxième loi de Newton ($m\vec{a} = m\vec{g} \Rightarrow \vec{a} = \vec{g}$). Tous les objets tombent avec la même accélération.
💡 À retenir : La trajectoire est indépendante de la masse.
Dir l'projection : $v_{0x} = v_0 \cos\alpha$ et $v_{0y} = v_0 \sin\alpha$.
💡 À retenir : Les conditions initiales sont la clé pour intégrer les équations.
Pourquoi on utilise le repère de Frenet ?
Le repère de Frenet est utile pour étudier la courbure de la trajectoire et le vecteur accélération, mais pour un mouvement parabolique simple, le repère cartésien $(O, x, y)$ est suffisant et plus facile.
💡 À retenir : Utilisez $(O, x, y)$ pour les projectiles, Frenet pour les mouvements circulaires.
Est-ce que la vitesse horizontale change ?
Non, car il n'y a aucune force sur l'axe $Ox$ (en négligeant les frottements). Donc $a_x = 0$, ce qui signifie que $v_x$ est constante.
💡 À retenir : Le mouvement est uniforme sur l'axe $Ox$.
Comment savoir si le mouvement est parabolique ?
Si l'accélération est constante et verticale ($\vec{a} = \vec{g}$), alors la trajectoire est obligatoirement une parabole.
💡 À retenir : $\vec{a} = \vec{g}$ implique trajectoire parabolique.
Est-ce que la vitesse est nulle au sommet ?
Non, la vitesse n'est pas nulle. Au sommet, seule la composante verticale $v_y$ est nulle. La vitesse horizontale $v_x$ reste égale à $v_0 \cos\alpha$.
💡 À retenir : Au sommet, $\vec{v} = (v_0 \cos\alpha, 0)$.
Wach l'angle alpha kay2ter 3la l'portée ?
Oui, bien sûr. Pour une vitesse initiale donnée, l'angle qui donne la portée maximale sur un sol horizontal est $45^\circ$.
💡 À retenir : $\alpha = 45^\circ$ donne la portée maximale.
Comment calculer le temps de vol ?
Le temps de vol est le temps total entre le lancement et l'impact. Tu poses $y(t) = 0$ et tu résous l'équation du second degré pour trouver $t \neq 0$.
💡 À retenir : $y(t) = 0$ donne le temps de vol.
Est-ce qu'on doit toujours prendre g = 9.8 ou 10 ?
Il faut toujours utiliser la valeur donnée dans les "Données" de l'exercice. Si rien n'est précisé, on utilise souvent $g = 9.8 , m/s^2$ ou $10 , m/s^2$.
💡 À retenir : Respectez toujours les données de l'énoncé.
Est-ce que la trajectoire change si on change l'origine O ?
La forme de la trajectoire ne change pas, mais les équations horaires $x(t)$ et $y(t)$ changent car elles dépendent de la position initiale $x_0$ et $y_0$.
💡 À retenir : La forme est la même, seules les équations changent.
✍️ Exercices type examen national
Exercice 1
Un ballon est lancé d'un point $O$ avec une vitesse $v_0 = 15 , m/s$ faisant un angle $\alpha = 40^\circ$ avec l'horizontale. On prend $g = 10 , m/s^2$.
Un joueur de basket lance un ballon depuis une hauteur $h = 2,2 , m$ avec un angle $\alpha = 60^\circ$ et une vitesse $v_0$. Le panier est à une distance $d = 6 , m$ et une hauteur $H = 3,05 , m$.
Calculer la valeur de $v_0$ nécessaire pour que le ballon passe dans le panier.
Dans un champ de pesanteur uniforme g, le mouvement d'un projectile est régi par la deuxième loi de Newton : ∑F=ma. Ici, seul le poids P=mg agit.
Accélération : a=g=(0,−g).
Vitesse : v(t)=(v0cosα,−gt+v0sinα).
Position : OM(t)=(v0cosα⋅t,−21gt2+v0sinα⋅t).
L'équation de la trajectoire est : y=−2v02cos2αgx2+(tanα)x.
Méthodes à maîtriser
Établir les équations horaires : Projeter a sur les axes Ox et Oy, intégrer deux fois en utilisant les conditions initiales (x0,y0,v0x,v0y).
Trouver l'équation de la trajectoire : Isoler t dans x(t) et le remplacer dans y(t).
Calculer la portée et la flèche : Utiliser y=0 pour la portée et vy=0 pour la flèche.
Exemples corrigés
Exemple : Un projectile est lancé avec v0=20m/s à α=30∘.
x(t)=20cos(30∘)t=17,32t.
y(t)=−5t2+20sin(30∘)t=−5t2+10t.
La flèche est atteinte quand vy=−10t+10=0⇒t=1s. ymax=−5(1)2+10(1)=5m.
Erreurs fréquentes
Oublier de convertir l'angle en radians ou degrés selon la calculatrice.
Confondre les signes de g dans les projections.
Oublier les conditions initiales (x0,y0) si elles ne sont pas nulles.
Constante et égale à g
Katbda b'les équations horaires : x(t)=v0cos(α)⋅t et y(t)=−21gt2+v0sin(α)⋅t.
Katkhrej t men l'équation dyal x : t=v0cos(α)x.
Katchd had t o katchouha f'blassat t li f'l'équation dyal y.
💡 À retenir : L'équation de la trajectoire est toujours de la forme y=ax2+bx.
Non, dans le cas d'une chute libre sans frottement, la masse m se simplifie dans la deuxième loi de Newton (ma=mg⇒a=g). Tous les objets tombent avec la même accélération.
💡 À retenir : La trajectoire est indépendante de la masse.
💡 À retenir : Les conditions initiales sont la clé pour intégrer les équations.
Le repère de Frenet est utile pour étudier la courbure de la trajectoire et le vecteur accélération, mais pour un mouvement parabolique simple, le repère cartésien (O,x,y) est suffisant et plus facile.
💡 À retenir : Utilisez (O,x,y) pour les projectiles, Frenet pour les mouvements circulaires.
Non, car il n'y a aucune force sur l'axe Ox (en négligeant les frottements). Donc ax=0, ce qui signifie que vx est constante.
💡 À retenir : Le mouvement est uniforme sur l'axe Ox.
Si l'accélération est constante et verticale (a=g), alors la trajectoire est obligatoirement une parabole.
💡 À retenir : a=g implique trajectoire parabolique.
Non, la vitesse n'est pas nulle. Au sommet, seule la composante verticale vy est nulle. La vitesse horizontale vx reste égale à v0cosα.
💡 À retenir : Au sommet, v=(v0cosα,0).
Oui, bien sûr. Pour une vitesse initiale donnée, l'angle qui donne la portée maximale sur un sol horizontal est 45∘.
💡 À retenir : α=45∘ donne la portée maximale.
Le temps de vol est le temps total entre le lancement et l'impact. Tu poses y(t)=0 et tu résous l'équation du second degré pour trouver t=0.
💡 À retenir : y(t)=0 donne le temps de vol.
Il faut toujours utiliser la valeur donnée dans les "Données" de l'exercice. Si rien n'est précisé, on utilise souvent g=9.8m/s2 ou 10m/s2.
💡 À retenir : Respectez toujours les données de l'énoncé.
La forme de la trajectoire ne change pas, mais les équations horaires x(t) et y(t) changent car elles dépendent de la position initiale x0 et y0.
💡 À retenir : La forme est la même, seules les équations changent.
Exercice 1
Un ballon est lancé d'un point O avec une vitesse v0=15m/s faisant un angle α=40∘ avec l'horizontale. On prend g=10m/s2.
Établir les équations horaires du mouvement.
Déterminer l'équation de la trajectoire.
Calculer la flèche du mouvement.
Exercice 2
Un projectile est lancé d'une hauteur h=2m avec une vitesse v0=10m/s horizontale (α=0).
Établir les équations horaires.
Déterminer la portée sachant que le sol est à y=0.
Exercice 3
Un joueur de basket lance un ballon depuis une hauteur h=2,2m avec un angle α=60∘ et une vitesse v0. Le panier est à une distance d=6m et une hauteur H=3,05m.
Calculer la valeur de v0 nécessaire pour que le ballon passe dans le panier.