Mouvement d un corps

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1 Mouvement d un corps I- Conditions nécessaires pour étudier le mouvement d'un corps 1- Le système Pour étudier un mouvement, il est nécessaire de préciser le système considéré, c'est-à-dire le corps ou le point choisis. 2- Le référentiel Dans la vie courante, être en mouvement signifie tout simplement bouger mais tout n est pas aussi simple. Prenons l exemple d un voyageur assis dans un train en marche. Il est en mouvement par rapport au sol terrestre, au paysage, à la vache qui regarde le train mais il est immobile par rapport aux autres voyageurs assis ou encore par rapport au train. (on parle de relativité du mouvement / voir 3) a/ Définition d'un référentiel Pour que la description du mouvement soit précise, il faut indiquer la position du point considéré et l'instant auquel il occupe cette position. Cela impose de définir un référentiel d'étude. Un référentiel est constitué : - D'un solide de référence par rapport auquel on repère les positions du système. - D'une horloge permettant un repérage de l'instant. b/ Exemples de référentiel - Référentiel terrestre C'est le référentiel constitué à partir de n'importe quel solide de référence fixe par rapport à la Terre. C'est un référentiel adapté à l'étude des mouvements de courtes durées sur Terre. Le référentiel que l'on appelle couramment "laboratoire" en fait parti. Il existe une infinité de référentiels terrestres, autant que d'objets fixes par rapport à la Terre.

2 - Référentiel géocentrique Le référentiel géocentrique a pour origine le centre de gravité terrestre, et ses axes sont définis par rapport à trois étoiles fixes. Deux de ces étoiles sont l'etoile Polaire et Beta du Centaure. La Terre n'est pas immobile dans le référentiel géocentrique. La trajectoire d'un point de la surface de la Terre dans le référentiel géocentrique est un cercle qui porte le nom de parallèle. Ce référentiel est bien adapté à l'étude du mouvement de la Lune autour de la Terre, ainsi que celui des satellites artificiels. Ce référentiel est un solide imaginaire constitué de la terre et d'étoiles suffisamment lointaines pour sembler immobiles. - Référentiel héliocentrique La Terre et ses planètes voisines tournent autour du soleil. Dans un référentiel terrestre, le mouvement de ces astres est très difficile à déterminer. On a donc créer le référentiel par rapport auquel le centre du soleil est fixe. Le référentiel héliocentrique est défini par le centre de gravité du soleil et des étoiles lointaines considérées comme fixes. Dans le référentiel héliocentrique, les planètes ont une trajectoire elliptique. Je retiens : L'état de repos ou de mouvement d'un objet est décrit par rapport à un autre objet qui sert de référence (le référentiel). 3- Relativité du mouvement Le mouvement d'un corps ne peut être étudié que par rapport à un solide de référence (référentiel). L'état de mouvement ou de repos d'un corps dépend du référentiel choisis. On dit que le mouvement d'un système est relatif au référentiel choisis. VOIR ANIMATION SWF : Relativité du mouvement

3 Exemple : Un bus roule lentement dans une ville. Alain (A) est assis dans le bus, Brigitte (B) marche dans l'allée vers l'arrière du bus pour faire des signes à Claude (C) qui est au bord de la route. Brigitte marche pour rester à la hauteur de Claude. Dans le référentiel route, les systèmes A et le bus sont en mouvement et les systèmes B et C sont immobiles Est en A B C Le bus La route mouvement par rapport à A oui oui non oui B oui non oui non C oui non non non Le bus non oui oui oui La route oui non non oui II- Trajectoire La trajectoire d'un point est l'ensemble des positions successives occupées par ce point dans un référentiel donné, au cours du mouvement. Remarque : La trajectoire d'un point dépend du référentiel d'étude. On distingue plusieurs types de trajectoires, en particulier la trajectoire rectiligne et la trajectoire curviligne

4 Trajectoire rectiligne - La trajectoire est rectiligne si la figure décrite par le corps est une ligne droite. Trajectoire rectiligne d'une moto Trajectoire curviligne La trajectoire est curviligne si la figure décrite par le corps n'est pas une ligne droite. Trajectoire curviligne d'un point d'une roue Parmi les trajectoires curvilignes, on trouve notamment les trajectoires circulaires. Trajectoire circulaire La trajectoire est circulaire si la figure décrite par le corps est un cercle. III- La nature du mouvement 1- Par rapport à la trajectoire : En reliant les positions occupées par un point mobile, au cours du temps, on reconstitue la trajectoire. - Si la trajectoire est une droite, le mouvement est rectiligne. - Si la trajectoire est un cercle, le mouvement est circulaire. - Si la trajectoire est une courbe, alors le mouvement est curviligne.

5 2- Par rapport à la vitesse : Selon la manière dont varie la vitesse d'un corps, on distingue trois types de mouvements : - Si la vitesse augmente, le mouvement est dit accéléré. - Si la vitesse est constante, le mouvement est dit uniforme. - Si la vitesse diminue, le mouvement est dit ralenti. Pour donner la nature du mouvement du système, il faut indiquer son type de trajectoire (rectiligne, curviligne, etc.) et l'évolution de sa vitesse (accéléré, uniforme ou ralenti). Exemples : Au démarrage, le mouvement de la moto est rectiligne et accéléré. Mouvement rectiligne et accéléré On considère une roue de vélo comme la suivante : 1. La trajectoire du centre de la roue dans le référentiel route est une droite. Le mouvement est donc rectiligne :

6 2. La trajectoire de la valve dans le référentiel "centre de la roue" est un cercle. Le mouvement est donc circulaire : 3. La trajectoire de la valve dans le référentiel route est une courbe. Le mouvement est donc curviligne. Si la vitesse du mouvement reste constante, la trajectoire se répétera. On parle alors de trajectoire cycloïde. IV-Etude de mouvements au cours du temps VOIR ANIMATION SWF : Exemples de mouvements Pour déterminer la nature du mouvement, on peut réaliser une chronophotographie : cette technique consiste à obtenir sur la même photographie des images successives d un mobile prises à intervalles de temps égaux. Elle est souvent utilisée dans le sport pour analyser les imperfections du mouvement d un athlète. Elle va nous permettre de déterminer le type de mouvement effectué par le mobile que nous étudions V- ASSR : Distance d'arrêt d'un véhicule L impression de sécurité dans une voiture est souvent trompeuse. Il suffit qu un problème se présente sur la route pour malheureusement s en rendre compte.

7 1- La distance d arrêt. La distance d arrêt (DA) est la distance que parcourt la voiture entre le moment où le conducteur perçoit l obstacle et le moment où la voiture est arrêtée. La distance de réaction (DR) est la distance que parcourt la voiture entre le moment où le conducteur perçoit l obstacle et le moment où le conducteur appuie sur le frein. Cette distance s appelle la distance de réaction (DR). Celle-ci dépend de la vitesse du véhicule mais aussi de l état d attention du conducteur qui peut être amoindri si celui-ci a bu, pris des médicaments ou est fatigué. Le temps de réaction qui est estimé pour un conducteur attentif à environ 1 s. La distance de freinage (DF) est la distance que parcourt la voiture entre le moment où le conducteur appuie sur le frein et le moment où la voiture s arrête complètement. La distance de freinage (DF) dépend donc de la vitesse du véhicule, de l état des freins et des pneus mais aussi et surtout de l état de la chaussée ; une route mouillée rend la distance de freinage environ deux fois plus grande! ACTIVITE DOCUMENTAIRE : analyse d un accident Autre Activité : Questions: 1- De quoi dépend la distance d'arrêt d'un véhicule? 2- La distance parcourue pendant le temps de réaction est-elle proportionnelle à la vitesse? 3- La distance parcourue pendant le temps de freinage est-elle proportionnelle à la vitesse? Comment varie-t-elle en fonction de la vitesse? 4- Donner une expression de la distance d'arrêt 5- Quelle est la distance d arrêt pour un véhicule roulant à 80 km/h sur route sèche? Sur route mouillée? 6- Quel est la nature du mouvement pendant la phase de réaction et pendant la phase de freinage?