Mouvements et forces

Chapitre 7 :
Mouvement et forces
I/ Relativité du mouvement
1) Notion de référentiel
Définition : Un REFERENTIEL est un corps par rapport auquel on étudie le mouvement d'un autre corps appelé le SYSTEME.
Remarque : La description d'un mouvement est la même par rapport à un référentiel ou par rapport à tout corps immobile dans ce
même référentiel.
2) Choix du référentiel
Le choix d'un référentiel semble assez arbitraire. A priori tout corps peut servir de référentiel. L'étude ultérieure des lois
physiques régissant les mouvements des corps montrent qu'il existe des référentiels mieux adaptés que d'autres, c'est à dire des
référentiels dans lesquels les descriptions de mouvements et les lois physiques mises en jeu sont plus simples.
Parmi ceux-ci citons:
 Le référentiel terrestre: c'est le référentiel constitué par la Terre (ou par tout ce qui est fixe par rapport à la Terre). Ce
qu'on appelle couramment le référentiel du laboratoire en fait partie. Ce référentiel est bien adapté à l'étude des
mouvements de courte durée des objets sur la Terre.
 Le référentiel géocentrique: c'est le référentiel constitué par un corps solide fictif, de même dimensions et de même
centre que la Terre mais ne tournant pas sur lui-même. Ce référentiel est bien adapté à l'étude du mouvement de la Lune et
des satellites de la Terre.
II/ Caractéristiques d'un mouvement
1) Remarques
L'étude du mouvement d'un corps quelconque peut s'avérer très compliquée. Nous nous limiterons, dans un premier temps,
à l'étude du mouvement de corps de petites dimensions que nous appellerons points mobiles.
Faire l'étude du mouvement d'un point mobile consiste à rechercher deux types d'informations: une information sur la
trajectoire du point mobile d'une part et une information sur la rapidité avec laquelle cette trajectoire est parcourue. C'est ce qu'on
appelle la vitesse.
Le mouvement étant relatif au référentiel choisi, les deux informations, trajectoire et vitesse, que nous recherchons
dépendent aussi du référentiel.
Il est donc indispensable de préciser le référentiel choisi avant de rechercher la trajectoire et la vitesse d'un mobile.
2) La trajectoire
Définition : La trajectoire d'un point mobile est l'ensemble des positions occupées par ce point au cours du mouvement.
Trajectoires particulières :
Si la trajectoire du point mobile est un cercle ou sur un arc de cercle on dit que le mouvement est circulaire.
Si la trajectoire du point mobile est une droite on dit que le mouvement est rectiligne.
Si la trajectoire du point mobile est une courbe quelconque on dit que le mouvement est curviligne.
3) La vitesse
Dans un référentiel choisi, la vitesse moyenne Vm d'un point mobile est le rapport entre la distance d parcourue par le
point mobile et la durée t du déplacement. L'expression littérale de cette vitesse moyenne est donc:
Vm = d/t
Les unités du système international de mesures (S.I) sont:
- le mètre (m) pour la distance d
- la seconde (s) pour la durée durées Δt (intervalles de temps)
- le mètre par seconde (m/s ou m.s-1) pour la vitesse moyenne Vm.
Remarque : On utilise aussi fréquemment le kilomètre par heure (km/h ou km.h-1). Il est alors nécessaire de savoir convertir d'un
système d'unités à l'autre.
Exemple: Soit une vitesse Vm=36km/h à exprimer en mètre par seconde. On écrira :
d =36km=36.103m. et t=1h=3600s.
En reprenant la relation de définition de la vitesse on a:
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Vm = 36.103 / 3600 = 10 m.s-1
On appelle vitesse instantanée la vitesse d’un point mobile M à un instant précis t. On la calcule en déterminant la vitesse
moyenne du point M sur un intervalle de temps très court qui encadre l’instant t.
Si la vitesse instantanée augmente, on dit que le mouvement est accéléré.
Si la vitesse instantanée ne change pas, elle est constante : on dit que le mouvement est uniforme.
Si la vitesse instantanée diminue, on dit que le mouvement est retardé.
4) Relativité du mouvement
Le mouvement d’un point du système étudié dépend du référentiel utilisé pour décrire ce mouvement : on dit que le
mouvement est relatif.
III/ Actions et forces
1) Actions de contact et actions à distance
On parle d’action entre deux corps lorsque deux corps agissent l’un sur l’autre. (ex : deux aimants qui s’attirent,
footballeur qui tape dans un ballon, vent qui souffle dans une voile, la Terre qui attire un objet qui chute...).
Si les deux corps qui interagissent sont en contact, on parle d’action de contact.
Si les deux corps qui interagissent ne sont pas en contact, on parle d’action à distance.
2) Notion de force
En physique une action (le fait d'agir) est modélisée, c'est à dire représentée, par une force.
Une force possède 4 caractéristiques :
 son point d’application
 sa direction
 son sens
 et sa valeur.
On la représente par un vecteur dont la direction et le sens sont ceux de l'action et dont la longueur dépend de la valeur de la force
c'est à dire de l'intensité de l'action.
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