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Chapitre 12 : Relativité du mouvement I. Relativité du mouvement I.1. Examen d’une situation probleme Examinons la situation schématisée ci-dessous: Deux passagers A et B est assis dans un bus. "Quel est le mouvement du passager B?". • • Le passager B est immobile par rapport au bus. Le passager B se déplace suivant une droite par rapport au trottoir. La notion de mouvement est donc relative à l'objet par rapport auquel on l'étudie. I.2. Exemple du mouvement rétrograde de Mars (Voir TP Chap.12) Mars décrit, à certains mois de l’année, depuis la Terre, un mouvement complexe : on observe des boucles de « rétrogradation », où Mars fait demi-tour dans le ciel. Ce mouvement est dit « apparent ». En réalité, Mars décrit une trajectoire quasi circulaire autour du Soleil (trajectoire en forme d’ellipse, pour être exact). La Terre décrit le même genre de trajectoire. La solution au problème vient du fait que la Terre se déplace plus vite que Mars. Elle la dépasse à certains moments de l’année. Mars semble alors ralentir, puis « s’arrêter » … mais ceci par rapport à la Terre. Voir animation : http://zerrou ki.free.fr/retro_mars.swf Conclusion du TP : le mouvement d’un corps est relatif : il dépend du lieu, que l’on appellera référentiel, depuis lequel on l’observe. I.3. Notion de référentiel Définition Un référentiel est un corps (ou solide) de référence par rapport auquel on étudie le mouvement d’autres corps. Il est assimilé à un repère muni d’une horloge. ___________________________________________________________________________________________________ Thème n°2 : l’Univers 1 Choix du référentiel Le choix d'un référentiel s’impose car les 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 le sol terrestre. Ce référentiel est bien adapté à l'étude des mouvements de courte durée (moins de quelques heures) sur la Terre. Le référentiel géocentrique : c'est le référentiel dont le repère est défini par le centre de la Terre, et dont les 3 axes pointent vers des étoiles lointaines (quasiment fixes). Ce référentiel est bien adapté à l'étude du mouvement de la Lune et des satellites de la Terre. Le référentiel héliocentrique : c'est le référentiel dont le repère est défini par le centre de la Terre, et dont les 3 axes pointent vers des étoiles lointaines (quasiment fixes). Ce référentiel est bien adapté à l'étude du mouvement de la Lune et des satellites de la Terre. Ce référentiel est bien adapté à l'étude du mouvement de la Terre et des planetes autour du Soleil. II. Caractéristiques d'un mouvement II.1. Remarques L'étude du mouvement d'un corps quelconque peut s'avérer très compliquée. Nous nous limiterons 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 : - information sur la trajectoire du point mobile. - information sur la vitesse du point mobile. 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. II.2. Trajectoire Définition La trajectoire d'un point mobile est l'ensemble des positions occupées par ce point au cours du mouvement. Exemples Si l'ensemble des positions du mobile se situe sur un cercle ou sur un arc de cercle, on dit que le mouvement est circulaire. Si l'ensemble des positions du mobile se situe sur une droite, on dit que le mouvement est rectiligne. Si l'ensemble des positions du mobile se situe sur une courbe, on dit que le mouvement est curviligne. II.3. Vitesse Définition 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 ___________________________________________________________________________________________________ Thème n°2 : l’Univers 2 Les unités sont : - Le mètre (m) pour les distances d - la seconde (s) pour les durées (intervalles de temps) t - le mètre par seconde (m/s ou m.s-1) pour les vitesses Vm. On utilise aussi fréquemment le kilomètre par heure (km/h ou km.h-1). Il est alors nécessaire de savoir passer (convertir) d'un système d'unités à l'autre. Exemple: Soit une vitesse Vm=36km/h à exprimer en mètre par seconde. On écrira : 3 d = 36km=36.103m et t = 1h = 3600s. Donc : Vm 36 10 10m.s 1 3600 II.4. Mouvements particuliers Considérons le document suivant. Il a été obtenu en enregistrant, à l'aide d'un dispositif approprié, les positions d'un solide, à intervalles de temps égaux, au cours de son mouvement relativement à la Terre. On observe plusieurs phases au cours de ce mouvement: De la position 0 à la position 4, le point mobile parcourt des distances de plus en plus grandes pendant des intervalles de temps égaux. Le mobile va donc de plus en plus vite. Sa vitesse augmente. On dit que le mouvement est accéléré. De la position 4 à la position 8, le point mobile parcourt des distances égales pendant des intervalles de temps égaux. Sa vitesse ne change pas, elle est constante. On dit que le mouvement est uniforme. De la position 8 à la position 12, le point mobile parcourt des distances de plus en plus petites pendant des intervalles de temps égaux. Le mobile va donc de moins en moins vite. Sa vitesse diminue. On dit que le mouvement est ralenti (ou retardé). ___________________________________________________________________________________________________ Thème n°2 : l’Univers 3
