🎯 En bref
Le chapitre mouvement, interactions et forces de la spé physique-chimie en Première 2026 repose sur trois piliers : décrire un mouvement (référentiel, trajectoire, vecteur vitesse), identifier les forces en jeu (poids, interaction gravitationnelle, force électrostatique) et relier ces forces au mouvement via le principe d'inertie. À retenir absolument : le poids se calcule par P = m × g (g ≈ 9,81 N·kg⁻¹), l'attraction gravitationnelle par F = G × mₐ × m_b / d² et la force électrostatique par F = k × |qₐ × q_b| / d². Un vecteur variation de vitesse Δv→ non nul signale toujours des forces qui ne se compensent pas.
ℹ️ Info
Un mouvement n'existe jamais « dans l'absolu » : il est toujours relatif à un référentiel. Un passager assis dans un TGV est immobile dans le référentiel du train mais animé d'un mouvement à 300 km/h dans le référentiel terrestre. Oublier de préciser le référentiel, c'est perdre un point à coup sûr.
💡 Conseil
Astuce de mentor Majorant : pour ne jamais vous tromper de sens, retenez la phrase « Δv→ = arrivée moins départ ». On soustrait le vecteur du point précédent au vecteur du point suivant. Dessinez systématiquement le vecteur opposé en pointillés avant d'additionner — c'est la construction qui rapporte les points au bac blanc.
« Dans un référentiel galiléen, si les forces qui s'exercent sur un système se compensent (ou s'il n'y en a aucune), alors le système est soit **au repos**, soit en **mouvement rectiligne uniforme** — et réciproquement. »
ℹ️ Info
Le poids d'un objet à la surface d'un astre n'est qu'un cas particulier de la loi de gravitation. En égalant m × g = G × mₐ × M_terre / R², on retrouve g = G × M_terre / R² ≈ 9,81 N·kg⁻¹. C'est exactement ce lien qui tombe régulièrement en questions ouvertes.
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Avant de rendre votre copie, faites une passe « unités et vecteurs » : chaque force est-elle en N ? Chaque conclusion vectorielle mentionne-t-elle direction ET sens ? Cette relecture ciblée de 90 secondes récupère en moyenne un demi-point à un point.
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Faire une demande -->Ce chapitre est l'un des plus discriminants du programme de Première spécialité physique-chimie, car il introduit le raisonnement vectoriel que l'on retrouvera jusqu'en prépa avec la mécanique de Newton. Chez Majorant, nos mentors — issus de Polytechnique, l'ENS, CentraleSupélec et Mines Paris — constatent chaque année que les mêmes confusions bloquent les élèves : mélange entre vitesse et variation de vitesse, poids assimilé à la masse, référentiel oublié. Je suis Ethan H., mentor Majorant et élève ingénieur à Mines Paris, et je vais vous donner la méthode exacte pour transformer ce chapitre en points sûrs au contrôle. Nous allons d'abord poser le vocabulaire de la description d'un mouvement, puis construire le vecteur variation de vitesse, comprendre le principe d'inertie, maîtriser les trois forces au programme, traiter un exercice corrigé, lister les erreurs classiques et finir par un plan de révision concret. L'objectif : que vous sachiez non seulement réciter les formules, mais surtout choisir la bonne à l'instant où l'énoncé la demande.
Décrire un mouvement, c'est répondre à trois questions dans un ordre précis. C'est la première compétence évaluée et elle vaut souvent les premiers points d'un exercice, alors ne la bâclez jamais.
- •Par rapport à quoi ? On choisit un référentiel, c'est-à-dire un objet de référence supposé fixe auquel on associe un repère et une horloge. Les trois classiques : le référentiel terrestre (lié au sol), le référentiel géocentrique (centre de la Terre, axes vers les étoiles) et le référentiel héliocentrique (centre du Soleil).
- •Quelle forme ? On décrit la trajectoire, c'est-à-dire l'ensemble des positions successives du point étudié. Elle peut être rectiligne, circulaire ou curviligne (quelconque).
- •À quelle allure ? On caractérise la vitesse, qui peut être constante (mouvement uniforme), croissante (accéléré) ou décroissante (ralenti/décéléré).
Vitesse moyenne et vecteur vitesse
La vitesse moyenne entre deux points se calcule simplement :
v = d / Δt
où d est la distance parcourue (en m) et Δt la durée (en s). Le résultat est en m·s⁻¹ (rappel de conversion : 1 m·s⁻¹ = 3,6 km·h⁻¹).
Mais en physique, la vitesse est une grandeur vectorielle. Le vecteur vitesse v→ en un point M possède quatre caractéristiques qu'il faut savoir énoncer :
- •direction : tangente à la trajectoire au point M ;
- •sens : celui du mouvement ;
- •valeur (norme) : la vitesse en m·s⁻¹ ;
- •point d'application : le point M lui-même.
On l'estime en pratique par la vitesse entre le point précédent M(n−1) et le point suivant M(n+1) sur une chronophotographie : v(n) ≈ M(n−1)M(n+1) / (2 × τ), où τ est la durée entre deux positions.
Qu'est-ce que le vecteur variation de vitesse Δv→ ?
C'est le concept-clé du chapitre, et celui que les élèves manient le plus mal. Le vecteur variation de vitesse au point M(n) se définit par :
Δv→(n) = v→(n+1) − v→(n−1)
Concrètement, c'est la différence de deux vecteurs. Pour la construire graphiquement, on utilise l'astuce de la relation de Chasles : Δv→ = v→(n+1) + (−v→(n−1)). On reporte donc v→(n+1) puis, à sa suite, le vecteur opposé à v→(n−1) (même longueur, sens inverse). Le vecteur qui ferme la construction est Δv→.
Pourquoi est-il si important ? Parce que Δv→ pointe toujours dans la direction et le sens de la somme des forces qui s'exercent sur le système. C'est l'ancêtre, en Première, de la deuxième loi de Newton vue en Terminale et en prépa.
Trois cas à mémoriser :
| Situation | Vecteur variation Δv→ | Interprétation |
|---|
| Mouvement rectiligne uniforme | Δv→ = 0→ | Les forces se compensent |
| Mouvement rectiligne accéléré | Δv→ dans le sens du mouvement | Force résultante vers l'avant |
| Mouvement circulaire uniforme | Δv→ vers le centre | Force résultante centripète |
Que dit le principe d'inertie ?
Le principe d'inertie (première loi de Newton, énoncée par Galilée puis Newton) est le cœur logique du chapitre. Son énoncé exact à connaître :
Deux lectures complémentaires, toutes deux exigibles :
- •Sens direct : forces compensées ⟹ vitesse constante (Δv→ = 0→, donc immobilité ou trajectoire droite à vitesse fixe).
- •Sens réciproque : le système est immobile ou en mouvement rectiligne uniforme ⟹ les forces se compensent.
Et par contraposée, l'outil le plus utile en exercice : si le vecteur variation de vitesse Δv→ n'est pas nul (la vitesse change en valeur ou en direction), alors les forces ne se compensent pas. C'est ce raisonnement qui permet, à partir d'une chronophotographie, de conclure sur l'existence d'une force résultante.
Cette logique vitesse ↔ variation ↔ dérivée se prolonge d'ailleurs directement en maths : si le sujet vous parle d'évolution d'une grandeur, l'outil rigoureux est la dérivation, que nous détaillons dans notre méthode sur la dérivation et l'étude de fonctions en Première.
Quelles sont les trois forces au programme de Première ?
En Première, on modélise trois interactions par un vecteur force. Une force possède toujours quatre caractéristiques (direction, sens, valeur en newton N, point d'application) et se représente par une flèche. Voici les trois formules à connaître par cœur.
Le poids
Le poids P→ est la force d'attraction exercée par la Terre sur un objet, appliquée en son centre de gravité, dirigée verticalement vers le bas. Sa valeur :
P = m × g
avec m la masse en kg et g l'intensité de la pesanteur (g ≈ 9,81 N·kg⁻¹ à la surface de la Terre). Attention : le poids est une force (en N) tandis que la masse est une propriété de l'objet (en kg) qui, elle, ne change pas d'un lieu à l'autre.
L'interaction gravitationnelle
Deux corps A et B de masses mₐ et m_b, séparés d'une distance d entre leurs centres, s'attirent mutuellement. La loi de gravitation universelle de Newton :
F = G × (mₐ × m_b) / d²
où G = 6,67 × 10⁻¹¹ N·m²·kg⁻² est la constante universelle de gravitation. Deux points cruciaux : l'interaction est réciproque (A attire B autant que B attire A : Fₐ→b = F_b→a) et elle décroît en 1/d² — doubler la distance divise la force par 4.
La force électrostatique (loi de Coulomb)
Deux charges électriques qₐ et q_b, séparées d'une distance d, interagissent. La loi de Coulomb :
F = k × |qₐ × q_b| / d²
avec k = 9,0 × 10⁹ N·m²·C⁻² et les charges en coulomb (C). Là encore, la dépendance est en 1/d². Différence majeure avec la gravitation : la force électrostatique peut être attractive (charges de signes opposés) ou répulsive (charges de même signe), alors que la gravitation est toujours attractive.
| Interaction | Formule | Constante | Portée | Signe |
|---|
| Poids | P = m × g | g ≈ 9,81 N·kg⁻¹ | locale | attractif (vers le bas) |
| Gravitation | F = G·mₐm_b/d² | G = 6,67×10⁻¹¹ | en 1/d² | toujours attractif |
| Électrostatique | F = k·|qₐq_b|/d² | k = 9,0×10⁹ | en 1/d² | attractif ou répulsif |
C'est la synthèse du chapitre, celle qui structure une bonne copie. La démarche gagnante en trois temps :
- •Définir le système (l'objet étudié) et le référentiel (le plus souvent terrestre, supposé galiléen).
- •Faire le bilan des forces : lister chaque force, la nommer, tracer son vecteur à l'échelle. On appelle cela le diagramme des forces.
- •Confronter ce bilan au mouvement observé via le principe d'inertie :
- •Si la vitesse est constante en valeur et en direction (Δv→ = 0→) ⟹ les forces se compensent (leur somme est nulle).
- •Si la vitesse change (Δv→ ≠ 0→) ⟹ les forces ne se compensent pas, et la somme des forces a la même direction et le même sens que Δv→.
Ce raisonnement bidirectionnel se lit dans les deux sens : du mouvement on déduit les forces, et des forces on prédit le mouvement. C'est cette gymnastique que les correcteurs récompensent.
Qu'est-ce que l'équilibre d'un système ?
Un système est à l'équilibre lorsqu'il est immobile dans le référentiel d'étude et le reste. D'après le principe d'inertie, cela impose que la somme des forces soit nulle :
ΣF→ = 0→
Cas d'école incontournable : un objet posé sur une table. Deux forces s'exercent : le poids P→ (vers le bas) et la réaction du support R→ (vers le haut). L'objet étant immobile, ces deux forces se compensent : elles ont même valeur, même direction (verticale), sens opposés. On écrit R→ + P→ = 0→, donc R = P = m × g.
Pour un système suspendu à un fil, on remplace R→ par la tension du fil T→ : même raisonnement, T = m × g. Savoir dérouler cet argument proprement, avec le vecteur nul explicité, fait la différence entre 3/5 et 5/5 sur la question.
Exemple corrigé : la balle lancée verticalement
Énoncé. Une balle de masse m = 150 g est lancée verticalement vers le haut. On l'étudie dans le référentiel terrestre supposé galiléen. On néglige les frottements de l'air. Données : g = 9,81 N·kg⁻¹.
1. Système et bilan des forces.
Système : la balle. Une fois lâchée, une seule force s'exerce sur elle : son poids P→, vertical, dirigé vers le bas.
Valeur : P = m × g = 0,150 × 9,81 = 1,47 N (attention à convertir 150 g en 0,150 kg).
2. Nature du mouvement lors de la montée.
La balle monte mais ralentit : sa vitesse diminue. Le vecteur vitesse est dirigé vers le haut, mais le vecteur variation de vitesse Δv→ est dirigé vers le bas (la vitesse décroît). Δv→ ≠ 0→ : les forces ne se compensent pas — cohérent, puisqu'il n'y a que le poids, dirigé vers le bas, exactement dans le sens de Δv→.
3. Au sommet de la trajectoire.
La vitesse s'annule un instant, puis la balle redescend. Le poids, lui, n'a jamais cessé d'agir : c'est lui qui provoque le changement de sens du mouvement. À aucun moment le système n'est à l'équilibre, car la somme des forces (le poids seul) n'est jamais nulle.
4. Conclusion.
Le mouvement n'est ni rectiligne uniforme ni à l'équilibre : Δv→ ≠ 0→ à chaque instant, en accord avec l'unique force P→ dirigée vers le bas. Voilà le type de raisonnement complet, vectoriel et justifié, attendu en Première.
Quelles sont les erreurs classiques à éviter ?
Voici les fautes que je corrige le plus souvent en séance Majorant. Les connaître, c'est déjà les éviter.
- •Confondre masse et poids. La masse (kg) ne change pas ; le poids (N) dépend de g et donc du lieu. Sur la Lune, votre masse est identique mais votre poids est divisé par ~6.
- •Confondre vitesse et variation de vitesse. Un mouvement circulaire uniforme a une vitesse de valeur constante… mais un Δv→ non nul, car la direction change. Beaucoup d'élèves écrivent « vitesse constante donc forces compensées » : faux si la direction varie.
- •Oublier le référentiel. Aucune description de mouvement n'est valide sans référentiel précisé.
- •Mal orienter Δv→. Inverser v→(n+1) et v→(n−1) donne un vecteur de sens opposé, donc une force fausse.
- •Additionner des valeurs au lieu de vecteurs. Deux forces de 5 N ne donnent pas forcément 10 N : tout dépend de leurs directions. On additionne des vecteurs, graphiquement.
- •Négliger les puissances de 10 et les unités. G = 6,67 × 10⁻¹¹ et k = 9,0 × 10⁹ : une erreur d'exposant fait exploser le résultat. Vérifiez toujours l'ordre de grandeur final.
La mécanique ne se révise pas en relisant le cours : elle se travaille avec un crayon et des vecteurs. Voici le plan sur une semaine que je recommande à mes élèves.
| Jour | Objectif | Action concrète |
|---|
| 1 | Vocabulaire | Refaire de mémoire : référentiel, trajectoire, 4 caractéristiques d'un vecteur |
| 2 | Vecteurs | S'entraîner à construire 5 fois Δv→ sur des chronophotographies |
| 3 | Forces | Réciter et appliquer P = mg, gravitation, Coulomb sur des cas chiffrés |
| 4 | Principe d'inertie | Rédiger l'énoncé exact + traiter 3 exercices de type bilan |
| 5 | Équilibre | Traiter objet sur table, objet suspendu, plan incliné |
| 6 | Annales | 1 exercice complet chronométré, en conditions réelles |
| 7 | Erreurs | Relire ses fautes, refaire uniquement les questions ratées |
Deux principes de fond que défendent nos mentors. D'abord, la répétition espacée : mieux vaut 20 minutes par jour que 3 heures la veille du contrôle. Ensuite, l'auto-explication : après chaque exercice, formulez à voix haute pourquoi telle force explique tel mouvement. Cette méthode, que nous détaillons dans notre article sur la méthode de révision que personne n'enseigne, vaut pour la Première comme pour la prépa.
Ce chapitre n'est pas isolé : il prépare directement le chapitre énergie et conversions, où travail d'une force et énergie cinétique reprennent exactement ces notions de force et de vitesse. Et si vous visez une orientation scientifique, il pose les bases de la spécialité physique-chimie en Terminale, puis de la mécanique newtonienne en prépa.
Notre conseil final pour réussir ce chapitre
Trois règles simples, à graver dans votre méthode :
- •Toujours partir du référentiel et du système. Aucune analyse de mouvement ne commence sans ces deux mots.
- •Raisonner en vecteurs, pas en valeurs. Δv→ et ΣF→ ont une direction et un sens — c'est ce qui rapporte les points.
- •Vérifier unités et ordres de grandeur avant de conclure. Un newton n'est pas un kilogramme.
Le chapitre mouvement, interactions et forces est un investissement rentable : c'est le socle logique de toute la physique jusqu'aux concours. Une fois que le triptyque « décrire → identifier les forces → relier via le principe d'inertie » est automatique, vous abordez sereinement l'énergie, puis la mécanique de Terminale. Prenez le temps de construire dix vecteurs variation de vitesse à la main : c'est un peu ingrat au début, très gratifiant ensuite. Chez Majorant, nous accompagnons chaque élève à trouver le déclic sur ce chapitre — et ce déclic, une fois acquis, ne se perd plus. Travaillez régulièrement, raisonnez en vecteurs, et vos copies changeront de dimension.
FAQ
Quelle est la différence entre masse et poids en Première ?
La masse est une propriété de l'objet (en kg) qui ne varie pas, tandis que le poids est une force (en N) qui dépend du lieu. Le poids se calcule par P = m × g. Sur la Lune, la masse reste identique mais g est plus faible, donc le poids diminue. Confondre les deux est l'erreur la plus fréquente et la plus pénalisée.
On calcule Δv→ = v→(n+1) − v→(n−1), soit « vecteur d'après moins vecteur d'avant ». Graphiquement, on additionne v→(n+1) au vecteur opposé de v→(n−1). Le vecteur obtenu indique la direction et le sens de la somme des forces. Tracez toujours le vecteur opposé en pointillés pour éviter les erreurs de sens.
Qu'est-ce que le principe d'inertie exactement ?
Dans un référentiel galiléen, un système soumis à des forces qui se compensent est soit immobile, soit en mouvement rectiligne uniforme — et réciproquement. Sa contraposée est l'outil le plus utile : si la vitesse change (Δv→ ≠ 0→), les forces ne se compensent pas. C'est la première loi de Newton.
Pourquoi la force de gravitation dépend-elle de 1/d² ?
Parce que la loi de Newton s'écrit F = G × mₐ × m_b / d² : la force est inversement proportionnelle au carré de la distance. Concrètement, si vous doublez la distance entre deux corps, la force est divisée par 4, pas par 2. La loi de Coulomb suit la même dépendance en 1/d².
Non : même si la valeur de la vitesse est constante, sa direction change en permanence, donc Δv→ n'est pas nul. Ce vecteur variation pointe vers le centre du cercle (il est centripète). C'est la preuve qu'une force résultante non nulle s'exerce, dirigée vers le centre.
Un système est à l'équilibre s'il est immobile et le reste, ce qui impose que la somme des forces soit nulle : ΣF→ = 0→. Pour un objet posé sur une table, le poids et la réaction du support se compensent exactement. Il faut expliciter le vecteur nul dans la rédaction pour obtenir tous les points.
Quelle est la valeur de g à connaître en Première ?
On retient g ≈ 9,81 N·kg⁻¹ à la surface de la Terre (souvent arrondi à 9,8 ou même 10 selon l'énoncé). C'est l'intensité de la pesanteur, qui relie masse et poids par P = m × g. Sa valeur diminue avec l'altitude et change d'un astre à l'autre.
Ce chapitre est-il important pour la suite en Terminale et en prépa ?
Oui, c'est un chapitre fondateur : il pose les bases de la mécanique newtonienne étudiée en Terminale puis approfondie en prépa (PCSI, MPSI…). Le raisonnement vecteur vitesse → variation → forces devient la deuxième loi de Newton. Maîtriser Δv→ et le principe d'inertie dès la Première fait gagner un temps précieux ensuite.
