Aucun mouvement n'existe en soi
Dire « la voiture roule » n'a de sens que si l'on précise par rapport à quoi. Un passager assis dans un train est immobile par rapport au wagon, et se déplace à par rapport aux rails. Les deux affirmations sont exactes : elles répondent à deux questions différentes.
Le corps par rapport auquel on décrit le mouvement s'appelle le référentiel. Tout énoncé de mécanique commence donc, explicitement ou non, par le choix d'un référentiel — et lorsqu'un exercice semble contradictoire, c'est presque toujours parce que ce choix a changé en cours de route.
Trois référentiels reviennent constamment : le référentiel terrestre, lié au sol, pour tous les mouvements courants ; le référentiel géocentrique, lié au centre de la Terre, pour les satellites ; et le référentiel héliocentrique, lié au Soleil, pour les planètes.
La trajectoire dépend, elle aussi, du référentiel
La trajectoire est l'ensemble des positions successives occupées par un point du corps. Elle change avec le référentiel, exactement comme le mouvement lui-même. La valve d'une roue de vélo décrit un cercle dans le référentiel du vélo, et une courbe bien plus compliquée dans le référentiel du sol.
On distingue les trajectoires rectilignes, circulaires et curvilignes. Une même roue qui avance possède au même instant des points aux trajectoires très différentes : c'est pourquoi on précise toujours de quel point du solide on parle.
Vitesse moyenne et vitesse instantanée
La vitesse moyenne rapporte la distance parcourue à la durée du parcours. Elle lisse tout ce qui s'est passé entre le départ et l'arrivée : un trajet effectué à de moyenne peut très bien comporter un arrêt et une pointe à .
La vitesse instantanée est celle qu'indique le compteur à un instant précis. On l'approche expérimentalement en calculant la vitesse moyenne sur un intervalle de temps très court encadrant cet instant — c'est exactement ce que l'on fait sur un enregistrement de positions.
La vitesse est une grandeur vectorielle : elle possède une direction, celle de la tangente à la trajectoire, un sens, celui du mouvement, et une valeur. Un mobile qui tourne à vitesse constante en valeur voit son vecteur vitesse changer en permanence, puisque sa direction change : son mouvement est uniforme, mais pas rectiligne.
Nommer un mouvement
On qualifie un mouvement par deux mots, jamais un seul : le premier décrit la trajectoire — rectiligne, circulaire, curviligne — le second décrit l'évolution de la valeur de la vitesse — uniforme si elle ne change pas, accéléré si elle augmente, retardé si elle diminue. « Rectiligne uniforme » et « circulaire uniforme » sont deux mouvements très différents, et pourtant tous deux uniformes.