Chapitre 04 Caractère relatif du mouvement. I- Système et référentiel. 1)- Introduction : 2)- Définitions : a)- Le système : b)- Le Référentiel : 3)- Les référentiels d étude. a)- Le référentiel terrestre ou référentiel du laboratoire. b)- Le référentiel géocentrique. c)- Le référentiel héliocentrique ou de Copernic. III- pplication. 1)- QCM : QCM Questy 2)- Exercices : II- Description d un mouvement. 1)- La trajectoire d un point. a)- Définition. b)- Exemple 1 : chute libre d une balle. Étude de vidéos : CHGOLF et BILLE avec VIMEC ou MarqCD puis mouvement dans un train : site (2danimations : la chute libre 1) c)- Exemple 2 : trajectoire de la valve d une roue de vélo. d)- Remarques. 2)- Relativité du mouvement. 3)- La vitesse. a)- Valeur de la vitesse : b)- Cas d un mouvement rectiligne : c)- Cas d un mouvement curviligne : Exercices : a)- Exercice 2 : Différents mouvements. b)- Exercice 4 : Mouvement de la Terre. c)- Exercice 5 Mouvement de la Lune. d)- Exercice 7 : Trajectoires sur la planète Terre. e)- Exercice 8 : Satellite STR. f)- Exercice 11 : Comète McNaught. g)- Exercice 12 : Trajectoire de Vénus et du Soleil. 1
I- Système et référentiel. 1)- Introduction : - Considérons un train de voyageur en mouvement. Dans un wagon, deux voyageurs V 1 et V 2 sont assis. - Sur le quai de la gare deux observateurs O 1 et O 2 immobiles observent le train partir. - Questions que l on peut se poser : - Quel est le mouvement de V 1 par rapport à O 1? - Quel est le mouvement de O 2 par rapport à V 2? - Quel est le mouvement de V 1 par rapport à V 2? - Les voyageurs, les observateurs constituent les systèmes étudiés. - Lors d une étude de mouvement, il faut toujours indiquer l objet dont on étudie le mouvement et aussi l objet par rapport auquel on étudie le mouvement. - Conséquences : un objet peut être en mouvement par rapport à un observateur et immobile par rapport à un autre. - Le mouvement d'un objet est relatif à un objet de référence appelé référentiel. - Remarque : le mouvement d un objet étant généralement complexe, en classe de Seconde, on se limite à l étude d un point d un objet, d un système. 2)- Définitions : a)- Le système : - L objet ou le point de l objet dont on étudie le mouvement est le système étudié. - Dans le cas de l étude d un mouvement, on l appelle aussi le mobile. b)- Le Référentiel : - L objet de référence par rapport auquel on étudie le mouvement d un système est appelé le Référentiel. - Un référentiel est un solide par rapport on étudie le mouvement d'un mobile (ou système) - Remarque : Pour décrire le mouvement d'un mobile, il faut indiquer le référentiel d'étude. 2
3)- Les référentiels d étude. a)- Le référentiel terrestre ou référentiel du laboratoire. - On utilise, le plus souvent, comme repère lié au référentiel terrestre, deux axes horizontaux et un axe vertical. - Ce référentiel est bien commode pour l étude du mouvement des objets dans une salle de classe, pour tous les mouvements qui s effectuent au voisinage de la terre. b)- Le référentiel géocentrique. - L origine du repère lié au référentiel Géocentrique est située au centre de la Terre. L axe z Oz est orienté vers une étoile lointaine : - On peut choisir l étoile polaire. Les axes x Ox et y Oy sont situés dans le plan équatorial et ils sont orientés vers des étoiles lointaines supposées fixes. - Ce référentiel est commode pour l étude des satellites de la Terre. Ce référentiel n est pas entraîné dans le mouvement de rotation de la Terre. - Dans ce référentiel, la Terre est animée d un mouvement de rotation uniforme de l ouest vers l est, autour de l axe des pôles. 3
c)- Le référentiel héliocentrique ou de Copernic. - L origine du repère lié au référentiel Héliocentrique est située au centre du Soleil. Les axes z Oz, x Ox et y Oy sont orthogonaux et ils sont orientés vers des étoiles lointaines supposées fixes. - Ce référentiel est commode pour l étude des satellites du Soleil. Dans ce référentiel, la Terre décrit une orbite elliptique autour du Soleil en une année. 4
II- Description d un mouvement. 1)- La trajectoire d un point. a)- Définition. - Dans un référentiel donné, on appelle trajectoire d un point, l ensemble des positions successives que ce point occupe au cours de son mouvement. b)- Exemple 1 : chute libre d une balle. Étude de vidéos : CHGOLF et BILLE avec VIMEC ou MarqCD puis mouvement dans un train : site (2danimations : la chute libre 1) - Chronophotographie du mouvement de la balle pour deux observateurs. - Le mouvement de la balle n est pas le même pour les deux observateurs. c)- Exemple 2 : trajectoire de la valve d une roue de vélo. - Mouvement de la valve V par rapport au Sol S. - La valve décrit une cycloïde dans ce référentiel. - Mouvement de la valve V par rapport à l axe de la roue. - La valve décrit un cercle dans ce référentiel (la valve tourne autour du point, toujours à la même distance du point ) d)- Remarques. - La trajectoire d un point mobile dépend du référentiel d étude. - 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 portion de courbe, le mouvement est curviligne. 5
2)- Relativité du mouvement. - Le mouvement d un point du système étudié dépend du référentiel d étude pour décrire ce mouvement. On dit que le mouvement est relatif. 3)- La vitesse. a)- Valeur de la vitesse : - Dans un référentiel donné, la valeur de la vitesse d un point est le rapport de la distance d parcourue par la durée t du parcours : d : représente la distance parcourue en mètres (m) t : représente la durée du parcours en secondes (s) v : représente la vitesse moyenne exprimée en m / s ou m.s 1 - Remarque : dans ce cas, on parle de vitesse moyenne v m. b)- Cas d un mouvement rectiligne : c)- Cas d un mouvement curviligne : - Remarque : - Dans un référentiel donné, le mouvement d un point est : - Décéléré ou ralenti lorsque la valeur de la vitesse de ce point diminue ; - ccéléré lorsque la valeur de la vitesse de ce point augmente ; - Uniforme lorsque la valeur de la vitesse de ce point est constante. 6
III- pplication. 1)- QCM : Énoncé B C Réponse 1 Dans un référentiel héliocentrique, les planètes du système solaire sont : En mouvement Fixes Fixes pour certaines et en mouvement pour d autres 2 Dans le référentiel héliocentrique, la Terre : Tourne autour du Soleil Est fixe par rapport au Soleil Tourne autour de la Lune 3 Un enfant qui court sur un terrain est : En mouvement par rapport au Soleil Immobile par rapport au Soleil En mouvement par rapport à la Terre C 4 Dans un référentiel donné, la valeur de la vitesse d un point mobile peut être calculée par la relation : v = d. t 5 L Homme a posé pour la première fois un pied sur la Lune le 20 juillet 1969. Le trajet d environ 3,7 x 10 8 m entre la Terre et la Lune a duré 4,3 jours. Quelle est la valeur de la vitesse du vaisseau lors de ce trajet? 1,0 x 10 3 m.s 1 3,6 x 10 3 m.s 1 1,0 x 10 5 m.s 1 6 En 2007 la comète de Holmes a eu une vitesse de l ordre de 25000 m.s 1. Quelle distance a-t-elle parcourue en 2,0 min 3,0 x 10 3 km 3,0 x 10 6 m 2,1 x 10 2 m B 7
7 Dans un référentiel héliocentrique, la trajectoire de Mars est : Une portion de droite Uniforme Une portion de cercle C 8 Un système a un mouvement rectiligne uniforme si : Sa trajectoire est une droite et la valeur de la vitesse est constante Sa trajectoire est une droite et la valeur de la vitesse est variable Sa trajectoire est un cercle et la valeur de la vitesse est constante 9 Les trajectoires de la Terre dans le référentiel géocentrique et héliocentrique sont : Différentes Identiques Identiques le jour et différentes la nuit 10 La trajectoire du centre de la Lune : Est circulaire Est rectiligne Dépend du référentiel C 11 La trajectoire décrite par le centre d une planète : Est indépendante du référentiel Dépend du référentiel Est toujours circulaire B 2)- Exercices : a)- Exercice 2 : Différents mouvements. b)- Exercice 4 : Mouvement de la Terre. c)- Exercice 5 Mouvement de la Lune. d)- Exercice 7 : Trajectoires sur la planète Terre. e)- Exercice 8 : Satellite STR. f)- Exercice 11 : Comète McNaught. g)- Exercice 12 : Trajectoire de Vénus et du Soleil. 8