COURS DE SCIENCES PHYSIQUES Classe de BAC STAV

Transcription

1 NOM et Prénom de l élève : COURS DE SCIENCES PHYSIQUES Classe de BAC STAV ACTIVITÉS 1 MOUVEMENTS ET TRAJECTOIRES 2 LES DIFFÉRENTS RÉFÉRENTIELS 3 VITESSE EST ACCÉLERATION 4 VITESSE D UN MOUVEMENT CIRCULAIRE 5 ACCÉLERATION CENTRIPÈTE 1

2 Activité 1 OBJECTIFS Décrire le mouvement et la trajectoire d un mobile. Calculer une vitesse et une accélération. 1- Enregistrement d un mouvement La chronophotographie est une technique permettant d étudier le mouvement d un objet. Elle consiste à prendre une succession de photos à intervalles de temps réguliers. 2- La trajectoire C est l ensemble des positions occupées par les objets au cours du mouvement. En reliant les positions successives, on reconstitue la trajectoire. Trajectoire curviligne Trajectoire circulaire Trajectoire rectiligne 3- Description du mouvement Le mouvement d un point d un objet est caractérisé par sa trajectoire et l évolution de sa vitesse. Si la vitesse augmente, le mouvement est accéléré ; L écart entre deux images consécutives augmente pour une même durée t. Si la vitesse diminue, le mouvement est ralenti ; L écart entre deux images consécutives diminue pour une même durée t. Si la vitesse est constante, le mouvement est uniforme ; L écart entre deux images consécutives reste constant pour une même durée t. 2

3 Activité 2 OBJECTIFS Décrire la trajectoire d un point dans le référentiel terrestre. Connaître quelques référentiels. 1- Activité : Introduire la notion de référentiel Pour décrire une trajectoire, on doit choisir un objet pris comme référence : appelé référentiel. L observateur est immobile dans ce référentiel. A B C 1 En prenant comme référentiel : le sol (référentiel terrestre), que pouvez-vous dire des personnages A, B et C dans ce référentiel. 2 En prenant comme référentiel : le personnage B, que pouvez vous dire des personnages A et C? 2- Les référentiels : Définitions L objet de référence par rapport auquel on étudie un mouvement est appelé le référentiel. Les référentiels sont nombreux, mais pour des mouvements de courtes durées qui se déroule sur la Terre, ou a son voisinage, on utilise des solides qui sont fixes par rapport à la surface de la Terre. On les nomme référentiels terrestres. Existence d autres référentiels : - Référentiel géocentrique : origine le centre de la terre. (Repérer la trajectoire des satellites et de la Lune). - Référentiel héliocentrique : origine le centre du soleil. (Repérer la trajectoire des planètes) 3

4 Activité 3 OBJECTIFS Calculer la vitesse d un point et tracer son vecteur vitesse. Calculer l accélération d un mouvement rectiligne. 1- Vitesse d un objet Pour un mobile, la vitesse est égale au quotient de la distance parcourue par le temps. Symbole Grandeur vitesse distance temps Unité Mètre par seconde mètre seconde (m/s) ou (m.s -1 ) (m) (s) Remarque : On peut utiliser le kilomètre par heure (km/h), qui correspond à la distance parcourue par le mobile pendant 1 heure. 3,6 Conversion : Km/h m/s 2- Vitesse d un point 3,6 Voici un enregistrement de la position d un mobile autoporteur. ( t = 20 ms) 1 Que signifie l indication t = 20 ms? L expression de la vitesse pour un enregistrement d un mobile s écrit de la manière suivante : 2 Donner l expression de la vitesse du point M 3. Puis calculer sa vitesse. 4

5 3- Le vecteur vitesse Un vecteur est un segment fléché ( ) dont les caractéristiques sont les suivantes : Une origine ou point d application Une direction (tangent à la trajectoire), donnée par le «corps» du segment fléché. Un sens, donné par la pointe de la flèche. Une intensité ou norme, donnée par la longueur de la flèche. Remarque : Il ne faut pas confondre sens et direction ; En effet, une droite définit une direction et une direction possède deux sens. 4- L accélération d un mobile pour une trajectoire rectiligne En physique, l accélération est la variation de la vitesse en fonction du temps. Dans le système international d unités, son unité est le mètre par seconde par seconde (m/s²). Exemple : Calculer l accélération du mobile au point M 2. ( t = 10 ms) 5

6 Activité 4 OBJECTIFS Calculer une vitesse linéaire et angulaire d un solide en rotation. Calculer une période (T) et une fréquence (f). 1- Activité Soit l enregistrement de deux points situés sur un plateau tournant. 1 Que pouvez-vous dire de la trajectoire de ses deux points. B A 2 La vitesse des points est-elle la même? Justifier la réponse. 2- La vitesse angulaire ( ) Rappel : Mouvement uniforme pour une trajectoire circulaire ; La valeur (ou norme) du vecteur vitesse est constante. Mais si l on représente des vecteurs vitesses, la direction du vecteur est différente. On a donc une variation du vecteur vitesse ce qui implique une accélération. 6

7 Soit un objet de masse m, qui va décrire une trajectoire circulaire de rayon R. On va décrire un tour complet : - Un temps t = T quoi correspond a une période exprimé en seconde. (1 tour complet). - Au cours de ce temps t, on a décrit un angle de 2 (Remarque : Quelque soit l endroit ou l on se trouve, le point décrit le même angle). La vitesse angulaire va correspondre à l angle qui a été décrit divisé par le temps. Dans notre cas, la vitesse angulaire ( ) est donné par la relation suivante : Symbole = 2 t = T Grandeur Vitesse angulaire Angle de rotation Temps Unités Radian par seconde Radian Seconde (rad.s -1 ) ou (rad/s) (rad) (s) Remarque : Conversion de degrés en radians. Si l on parcours qu un angle pendant un temps vitesse angulaire ( ) vaut :, la Exemple : Pour faire 1 tour, le point met 4 secondes. Calculer la vitesse angulaire. 7

8 3- Relation entre la vitesse (v) et la vitesse angulaire ( ) Le vecteur vitesse est toujours tangent à la trajectoire. Une vitesse est toujours égale à : Lorsque l on fait un tour complet, la distance d = périmètre.. Un tour correspond a 1 période T donc : On a vu précédemment que : La vitesse peut donc s écrire : Symbole v R Grandeur Vitesse linéaire Rayon Vitesse angulaire Unités Mètre par seconde Mètre Radian par seconde (m.s -1 ) ou (m/s) (m) (rad.s -1 ) ou (rad/s) On peu dire : Lorsque le rayon du disque augmente, plus la vitesse augmente. (La vitesse angulaire constante puisque c est le même disque) 4- Période et fréquence d un mouvement circulaire La période (T) correspond à la durée d un tour. T s exprime en seconde (s). La fréquence (ƒ) correspond au nombre de tours par seconde. L unité : le Hertz (Hz). 5- Vitesse angulaire, vitesse linéaire, période, fréquence : application Comme le nom l indique, les anciens disques «33 tours» font 33 tours par minute. 1 Calculer la vitesse angulaire ( ). 2 Quelle est la vitesse (v) d un point situé à 9 cm du centre du disque. 3 Quelle est la fréquence ( ). 8

9 Activité 5 OBJECTIFS Tracer le vecteur accélération pour un mouvement circulaire. Calculer l accélération centripète. 1- Accélération centripète Le mouvement circulaire uniforme met en évidence l accélération associée au changement d orientation du vecteur vitesse. Dans ce type de mouvement, la grandeur de la vitesse de l objet demeure constante mais l orientation de celle-ci, tangente à la trajectoire, varie continuellement. Quelle serai l accélération au point B? En physique l accélération est la variation du vecteur vitesse temps. en fonction du On a des vecteurs c est pareil de faire : Tracé des vecteurs On remarque que est dirigé vers le centre. Puisque l accélération est divisé par le temps, il va de soit que l accélération est dirigé vers le centre du cercle. Cette accélération (appelée centripète : noté a C ) est toujours orientée vers le centre de la trajectoire circulaire de l objet. 9

10 En physique l accélération centripète est donnée par la relation suivante : Symbole a C v R Grandeur Accélération centripète Vitesse Rayon Unités Mètre par seconde carré Mètre par seconde Mètre (m.s -2 ) ou (m/s 2 ) (m.s -1 ) ou (m/s) (m) 2- Application Une voiture prend un virage sur une portion de route circulaire d un rayon de 100 m à une vitesse de 72 km/h. Calculer l accélération centripète. 10

11 11

12 12