Équation cartésienne de la trajectoire parabolique
Terminale générale Spé · Physique-Chimie Spé Terminale
À retenir
• Trajectoire parabolique : y(x) = -g/2 v_0^2 ^2 x^2 + () x + y_0. • Indépendante de la masse m du projectile. • Plus la vitesse initiale v_0 est grande, plus la parabole est aplatie et tendue. • L'équation y(x) permet de vérifier si un projectile franchit un obstacle ou atteint une cible de coordonnées fixées.
Le cours
Formulation de la parabole de tir indépendante du temps En éliminant le paramètre temps t entre les deux équations horaires x(t) et y(t) : De x(t) = (v_0)\,t, on tire : t = x/v_0 En injectant cette expression dans y(t) = -1/2g\,t^2 + (v_0)\,t + y_0, on obtient l'équation cartésienne de la trajectoire : y(x) = -g/2\,v_0^2^2\,x^2 + ()\,x + y_0 C'est l'équation d'une parabole située dans le plan vertical de tir, dont la concavité est tournée vers le bas (coefficient du terme en x^2 strictement négatif). Méthode : exploiter l'équation de la trajectoire 1. Écrire les équations horaires x(t) et y(t) avec les conditions initiales de l'énoncé. 2. Isoler t dans x(t), puis le remplacer dans y(t) : on obtient y en fonction de x. 3. Pour savoir si le projectile franchit un obstacle de hauteur H situé à l'abscisse x_M, calculer y(x_M) et le comparer à H. 4. Pour trouver le point d'impact sur le sol, résoudre y(x) = 0 (équation du second degré) et garder la solution positive. Mini-exemple : avec v_0 = 10 m/s, = 30^, y_0 = 0 et g = 9,8 m/s^2, on a ^2 = 0,75 et 0,577, donc y(x) = -9,82 100 0,75\,x^2 + 0,577\,x -0,0653\,x^2 + 0,577\,x. Attention L'équation y(x) ne contient plus le temps : elle donne la forme de la trajectoire, pas l'instant de passage. Pour une durée (temps de vol, date d'impact), il faut revenir aux équations horaires. Elle suppose aussi 0 : pour un tir vertical ( = 90^), la trajectoire est un segment vertical et cette formule ne s'applique pas.
Dans ce chapitre
- Caractéristiques du champ de pesanteur uniforme
- Champ électrostatique uniforme entre armatures parallèles
- Énergie cinétique et travail d'une force constante
- Équation différentielle du mouvement d'un projectile dans g
- Équations horaires de la vitesse et de la position
- Équation cartésienne de la trajectoire parabolique
- Étude analytique du sommet de la trajectoire (flèche)
- Portée du tir horizontal et angle de tir optimal
- Frottements fluides : traînée linéaire et quadratique
- Vitesse limite de chute verticale dans un fluide visqueux
- Particule chargée dans un champ électrostatique uniforme
- Déflexion électrostatique et accélération de particules
- Théorème de l'énergie cinétique et énergie mécanique
- Bilan : Synthèse et méthode sur les mouvements dans un champ uniforme