Calculateur mouvement parabolique: portée, hauteur, temps de vol
Calculateur mouvement parabolique: portée R = v₀²sin(2θ)/g, hauteur h, temps t, vitesse impact. Formules cinématiques, 45° optimal, exemples foot volley.
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Mouvement parabolique: cinématique du lancer
Le mouvement parabolique décrit la trajectoire d'un corps lancé avec vitesse initiale v₀ et angle θ sur l'horizontale, soumis uniquement à la gravité g. La trajectoire est une parabole parfaite sans résistance de l'air. Cette calculatrice résout portée R, hauteur max h, temps de vol t, vitesse d'impact et angle d'arrivée.
Formules fondamentales
Composantes de la vitesse initiale:
- v_x = v₀ · cos(θ)
- v_y = v₀ · sin(θ)
Sur sol plat (h₀=0):
- Portée: R = v₀² · sin(2θ) / g
- Hauteur: h = v₀² · sin²(θ) / (2g)
- Temps vol: t = 2v₀ · sin(θ) / g
- Temps au zénith: t_apex = v₀ · sin(θ) / g
- Vitesse impact: v = v₀ (symétrie)
L'angle optimal 45°
R est maximum quand sin(2θ)=1 → θ = 45° sur sol plat sans frottement. Angles complémentaires (30° et 60°) donnent même portée mais hauteurs et temps différents.
Comparaison 30° vs 45° vs 60° (v₀=20 m/s)
| Angle | R (m) | h (m) | t (s) |
|---|---|---|---|
| 30° | 35,31 | 5,10 | 2,04 |
| 45° | 40,77 | 10,19 | 2,89 |
| 60° | 35,31 | 15,29 | 3,53 |
| 90° | 0 | 20,39 | 4,08 |
Lancer depuis hauteur h₀ > 0
Le temps de vol augmente: t = (v_y + √(v_y² + 2g·h₀)) / g. Portée R = v_x · t > R(h₀=0). Angle optimal maintenant inférieur à 45°: θ_opt = arctan(v₀ / √(v₀² + 2g·h₀)).
Exemples pratiques
Ballon frappé
v₀=25 m/s, θ=30° → R = 55,2 m, h = 7,96 m, t = 2,55 s.
Service volley
v₀=15 m/s, θ=8°, h₀=2,2 m → R ≈ 13,6 m, t ≈ 0,92 s.
Lancer du poids
Athlète pro: v₀≈13 m/s, θ≈38° (optimal depuis h₀=2,1 m) → R ≈ 22 m.
Flèche arc composé
v₀=55 m/s, θ=1,5°, h₀=1,5 m → portée ≈ 17 m.
Dérivation
De F=ma avec g constant:
- a_x = 0, v_x(t) = v₀·cos(θ)
- a_y = -g, v_y(t) = v₀·sin(θ) - g·t
- x(t) = v_x · t
- y(t) = h₀ + v_y·t − ½g·t²
y(t)=0 donne t; substituer dans x(t) donne R.
Résistance de l'air
Modèle idéal OK pour objets denses à basse vitesse. Pour objets légers ou rapides:
- Réduit portée 10-40%
- Réduit hauteur
- Trajectoire asymétrique (descente plus raide)
- Angle optimal réel: 30-42°
F_traînée = ½·ρ·C_d·A·v² (C_d≈0,47 sphère).
Effets secondaires
- Effet Magnus (balles tournantes)
- Vent
- Variation g (pôles 9,83; équateur 9,78)
- Coriolis (artillerie longue portée)
Applications
Sports
- Football (tirs, coup francs)
- Basket (arcs hauts)
- Base-ball (home runs 130-150 m)
- Volley-ball (services)
- Athlétisme (saut, poids, disque, javelot)
- Golf (drives 300 m)
Militaire
- Artillerie antique et moderne
- Tables de tir
Ingénierie
- Arroseurs
- Pompes pompiers
- Animation jeux vidéo
Astronomie
- Satellites (limite vitesse orbitale)
- Sondes interplanétaires
- Rentrées atmosphériques
Équation cartésienne
En éliminant t: y = h₀ + x·tan(θ) − (g·x²) / (2·v₀²·cos²θ). Parabole ouverte vers le bas.
Cas particuliers
Angles complémentaires
30° et 60° même portée (sans drag, h₀=0). L'un bas-rapide, l'autre haut-lent.
Lancer vertical (θ=90°)
Pas de portée horizontale. h_max = v₀²/(2g). t = 2v₀/g.
Lancer horizontal (θ=0°)</h3
Chute parabolique. t = √(2h₀/g). R = v₀·√(2h₀/g).
45° avec h₀ > 0
Angle optimal descend sous 45°. Pour h₀=2 m, v₀=20 m/s → θ_opt ≈ 43,5°.
Conservation de l'énergie
Énergie mécanique totale constante (sans frottement):
½m·v² + m·g·h = constante
- Lancer: E = ½m·v₀² + m·g·h₀
- Zénith: E = ½m·v_x² + m·g·h_max
- Impact: E = ½m·v_impact²
v_impact = √(v₀² + 2g·h₀).
FAQ
Angle optimal pour portée max?
45° sol plat sans air. h₀>0: inférieur à 45°. Avec air: 30-42°.
Pourquoi 30° et 60° même portée?
sin(60°) = sin(120°). Angles complémentaires partagent sin(2θ). Mais 60° vole plus haut et plus longtemps.
Comment l'air affecte le mouvement?
Réduit portée et hauteur. Trajectoire asymétrique. Angle optimal réel: 30-42°.
La formule marche-t-elle sur la Lune?
Oui, avec g lunaire = 1,62 m/s². Portée lunaire ≈ 6× terrestre.
Portée max vide vs air?
Vide: 45°. Air: 30-42°. Record poids: 38°.
Comment savoir si passe un obstacle?
Calculer y(x_obstacle). Si y > h_obstacle, passe dessus.
Vitesse impact égale vitesse lancer?
Seulement si h₀=0 sans air. Avec h₀>0: v_impact = √(v₀² + 2g·h₀) > v₀.
Histoire
Aristote (IVe s. av. J.-C.): trajectoire droite puis chute verticale. Erroné mais dominant 2000 ans.
Tartaglia (1537, Nova Scientia): premières tables de tir.
Galilée (1638, Discorsi): prouve mathématiquement la parabole.
Newton (1687): F=ma unifie la mécanique.
Balistique moderne: dynamique des fluides, simulations.
Calcul inverse: angle pour cible
Donnés v₀ et coordonnées (x, y), deux angles possibles:
tan(θ) = (v₀² ± √(v₀⁴ − g·(g·x² + 2·y·v₀²))) / (g·x)
Solution réelle si discriminant ≥ 0. Angle bas plus rapide (moins de vent), angle haut plus lent.
Mis à jour en juillet 2026
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