THEME: L`UNIVERS EN MOUVEMENT ET LE TEMPS

THEME: LE SPORT
CH 14 : MOUVEMENT ET FORCE
1. LE MOUVEMENT
1.1. Mouvement et repos
Pierre voyage en train, il est assis sur une banquette. Pour un voyageur du wagon, Pierre est immobile. Pour
une vache qui regarde passer le train, Pierre est en mouvement.
Conclusion : Le mouvement d'un objet est relatif à un observateur.
1.2. Notion de Référentiel
Pour décrire le mvt d'un objet, il faut d'abord définir un objet de référence ou référentiel.
Un référentiel est un objet par rapport auquel on étudie d'autres objets.
1.3. Choix du référentiel
On utilise différents référentiels pour décrire les mvt d'objets.
Pour décrire des mvt sur terre de taille humaine : déplacement d'une voiture, balle de golf …etc on utilise le
référentiel terrestre, il est constitué des 3 axes (2 horizontaux, un vertical) et tourne avec la terre.
Pour étudier le mvt de la lune, des satellites artificiels autour de la terre, on utilise le référentiel
géocentrique, il est constitué de 3 axes pointant des étoiles lointaines et fixes dans le ciel et du centre de la
terre. Ce référentiel suit le mouvement de la terre autour du soleil. Dans ce référentiel la terre tourne sur ellemême.
Pour étudier le mvt des planètes du système solaire, on utilise le référentiel héliocentrique, il est constitué de
3 axes pointant des étoiles lointaines et fixes dans le ciel et du centre du soleil.
1. 4. Trajectoire
Dans un référentiel donné, décrire le mvt d'un objet c'est donner ses positions succéssives au cours du temps.
On appelle trajectoire d'un point d'un mobile l'ensemble des positions successives que ce point occupe au
cours du mouvement.
Exemple : Mouvement de la valve d'une roue d'un vélo :
Dans le référentiel terrestre, la trajectoire de cette valve est une cycloïde.
Dans le référentiel lié au vélo, la trajectoire de cette valve est un cercle.
Dans le référentiel lié à la roue, la valve est immobile, sa trajectoire est réduite à un point.
La trajectoire d'un point d'un mobile dépend du référentiel d'étude.
Si la trajectoire du centre d'inertie d'un objet est une droite on dit que le mvt est rectiligne.
Si la trajectoire du centre d'inertie d'un objet est un cercle, on dit que le mvt est circulaire.
2. LA VITESSE D'UN MOBILE
Un mobile est un objet en mouvement.
2.1. Vitesse moyenne :
La vitesse moyenne d'un mobile entre deux instants t1 et t2 est la distance parcourue d entre ces deux instants
divisée par la durée t2-t1.
V d
t2 t1
2.2. Vitesse instantanée:
Un compteur de vitesse sur une voiture ou un vélo donne la vitesse instantanée (à un instant donné).
La valeur de la vitesse dépend du référentiel.
2.3. Direction et sens de la vitesse:
La direction de la vitesse coincide avec celle du mouvement. (cette direction est portée par la tangente à la
trajectoire). Le sens de la vitesse est celle du mouvement.
2.4. Mouvement uniforme, accéléré, retardé:
Si la valeur de la vitesse augmente au cours du mouvement, on dit que celui-ci est accéléré. Si elle
diminue, on dit qu'il est retardé. Si elle est constante, on dit que le mouvement est uniforme.
3. FORCE ET MOUVEMENT
En général, les mouvements ont pour cause des actions mécaniques appelées FORCES.
3.1. Les forces
3.1.1. On distingue les actions à distance (action de la terre sur une corps : la gravitation), des actions de
contact (réaction d'un support).
3.1.2. modélisation d'une force, palet sur coussin d'air tiré par un fil au bout duquel une masse a été
suspendue.
- le fil tendu indique la direction de la force
- le palet se dirige vers la droite : c'est aussi le sens de
la force
- Selon la masse utilisée, la force par le fil sur le palet
aura une valeur plus ou moins grande. La valeur
d'une force s'exprime en NEWTON (N).
3.2. Force et mouvement
Une force peut modifier le mvt d'un objet :
- Soit modifier la valeur de la vitesse (ex précédent le palet accélère)
- Soit modifier sa trajectoire (ex bille métallique déviée par un aimant voir TP)
L'effet d'une force est d'autant plus grand que la masse du corps est petite.
4. PRINCIPE D'INERTIE : PEUT-IL Y AVOIR MVT SANS FORCE?
Peut-on imaginer un corps en mouvement rectiligne uniforme sans lui appliquer une force?
Pour Aristote (384-322 av JC), il faut exercer une force pour créer un mouvement. En effet, sur terre, pour
maintenir une véhicule en mouvement rectiligne uniforme il faut une force motrice (celle d'un homme, ou d'un
cheval).
Pour Galilée (1564-1642, un corps peut être en mouvement rectiligne uniforme sans lui appliquer une force
mais sur terre il faut une force à cause du poids.
Pour Newton (1642-1727), un objet peut se mouvoir sans force, sous certaines conditions, il énonce le
principe d'inertie.
4.1. Principe d'inertie :
Si la force crée par le poids est compensée par une autre force (par ex palet sur coussin d'air), l'objet a un
mouvement rectiligne uniforme.
Un corps soumis à des forces compensées est équivalent à un corps soumis à aucune force.
PRINCIPE : Tout corps reste en son état de repos ou de mouvement rectiligne uniforme si les forces qui
s'exercent sur lui se compensent, ou s'il n'est soumis à aucune force.
Pourquoi Aristote et Galilée se sont trompés, parce que sur terre il faut vaincre les forces de frottement. (La
force motrice d'une voiture compense les forces de frottement).