Accélération

Une voiture qui passe de 0 à 100 km/h en 10 secondes gagne environ 2.8 m/s de vitesse chaque seconde.

L'accélération mesure la variation du vecteur vitesse par seconde

Quand tu appuies sur l'accélérateur, le vecteur vitesse de la voiture change. L'accélération mesure la rapidité de cette variation : a = Δv ÷ Δt, soit la variation du vecteur vitesse divisée par la durée. Si une voiture passe de 0 à 27.8 m/s (100 km/h) en 10 s, son accélération moyenne vaut 27.8 ÷ 10 ≈ 2.8 m/s par seconde. L'unité s'écrit m/s² et se lit « mètre par seconde au carré ». La formulation longue aide à comprendre : chaque seconde, la vitesse augmente de 2.8 m/s.

L'accélération est une grandeur vectorielle. Si l’avant est le sens positif, accélérer vers l'avant donne une accélération positive et freiner une accélération négative. Une voiture qui passe de 20 m/s à 0 en 4 s a une accélération a = (0 − 20) ÷ 4 = −5 m/s². On parle souvent de décélération, mais en physique, c'est une accélération de signe négatif. Attention : une accélération négative ne signifie pas toujours que l'on ralentit. Une voiture qui recule de plus en plus vite a une vitesse et une accélération négatives, mais elle prend de la vitesse.

Tourner, c'est aussi accélérer

Le vecteur vitesse inclut la direction : changer de direction est donc aussi une accélération. Une balle attachée à une ficelle et tournant à vitesse constante subit en permanence une accélération vers le centre. La balle du laboratoire de mouvement offre un autre exemple. Sa vitesse horizontale reste constante, mais sa vitesse verticale varie de la même quantité chaque seconde. Son accélération est donc dirigée vers le bas pendant tout le vol, même au sommet, lorsqu'elle se déplace horizontalement.

Les équations à accélération constante

Quand l'accélération reste constante, quelques équations courtes décrivent le mouvement. Vitesse après une durée t : v = v₀ + a t. Déplacement après une durée t : d = v₀ t + ½ a t². Pour un départ au repos, elles deviennent v = a t et d = ½ a t². Une voiture qui démarre avec une accélération de 3 m/s² atteint 3 × 6 = 18 m/s après 6 s et parcourt ½ × 3 × 6² = 54 m. Remarque le t² dans la distance : si l'on double la durée, la distance est multipliée par quatre, car la voiture roule aussi plus vite pendant la seconde moitié.

L'accélération se ressent. Au démarrage d'un ascenseur vers le haut, tu te sens un instant plus lourd ; lorsqu'il ralentit en haut, tu te sens plus léger. Quand un bus démarre, tu penches vers l'arrière ; quand il freine, tu bascules vers l'avant. En revanche, tu ne ressens pas une vitesse constante : dans un avion en vol de croisière sans secousses, tu peux te servir à boire sans rien renverser. Ton corps perçoit les variations du vecteur vitesse, pas le vecteur vitesse lui-même. C'est un premier aperçu de la première loi de Newton, étudiée dans le cours sur les forces.