Chute libre et variation de vitesse

Imaginons que l'on lance une petite balle en caoutchouc verticalement vers le haut, et étudions son mouvement. Si on fait l'hypothèse que cette balle est assez dense pour négliger les frottements de l'air, elle n'est soumise qu'à son poids : elle est donc en chute libre.

Il est assez facile de prévoir son mouvement : la balle va s'élever dans les airs et atteindre une hauteur maximale, puis redescendre vers le sol.

Étudions le système {balle}, assimilé à un point matériel B, dans le référentiel terrestre.

• Étude de la première phase : la montée
  

La vitesse initiale de la balle (au moment du lancer) est maximale et diminue au fur et à mesure de sa montée jusqu'à devenir nulle (balle immobile) au point le plus haut. Le mouvement du système est rectiligne ralenti, la trajectoire est orientée vers le haut. La représentation, ici sans souci d'échelle, des vecteurs vitesse du système aux dates ,  et  est donnée ci-dessous :

Le poids a ici pour effet de réduire la valeur de la vitesse de la balle.

• Étude de la seconde phase : la descente
  

La vitesse de la boule (au moment où la balle est au point le plus haut) est nulle au début de cette seconde phase. La balle commence à chuter vers le bas et voit sa vitesse augmenter tout au long du mouvement. Le mouvement du système est donc rectiligne accéléré, la trajectoire est orientée vers le bas. La représentation, ici sans soucis d'échelle, des vecteurs vitesse du système aux dates et  est donnée ci-dessous :

Le poids a ici pour effet d'augmenter la valeur de la vitesse de chute du système.

Remarque : de manière générale, la variation du vecteur vitesse d'un système est directement liée à la somme des forces auxquelles il est soumis.