Relativité du mouvement

2nde
Relativité du mouvement
TP n°24
Objectif : visualiser la trajectoire d’un objet dans différents référentiels
I- Chute d’une balle depuis une moto
Pronostic
1) Un motard lâche une balle d’une moto en mouvement (fig.1). Quel sera à votre avis la position
de la balle lorsqu’elle touchera le sol ? Représenter la sur la fig.2.
Balle
Fig.1
Fig.2
Manipulation
Visualiser au tableau le film de la chute d’une balle depuis une moto image par image ; et repérer
précisément les positions successives de la balle et d’un point de la moto (arrière de la moto).
Exploitation
Ce même travail effectué directement sur l’ordinateur a permis d’obtenir l’enregistrement
« chute d’une balle depuis une moto» distribué.
 Numéroter de gauche à droite les points : B0, B1, … pour la balle et A0, A1, …pour le point de la
moto.
 Tracer à main levée les trajectoires respectives de la balle et de l’arrière de la moto dans le
référentiel terrestre. Utiliser deux couleurs différentes.
 Sur une feuille de papier calque, tracer deux axes perpendiculaires se coupant en un point O.
 Placer la feuille de calque sur l’enregistrement avec le point 0 sur la position initial de l’arrière
de la moto (point A0). Veillez à ce que les axes soient bien verticaux et horizontaux. Tracer
d’une croix sur le papier calque la position de la balle à cet instant (point B0) et écrire B0.
 Procéder de même en plaçant le point 0 sur les positions ultérieures de l’arrière de la moto
(points A1, A2 etc.) en veillant à conserver les axes bien verticaux et horizontaux.
2) A partir de cette construction graphique, indiquer quelle est la trajectoire de la balle dans le
référentiel du vélo (c’est la trajectoire de la balle observée par le cycliste).
Conclusion (présenter sous forme de tableau)
3) Quelle est la nature du mouvement : nature de la trajectoire, évolution de la vitesse de
1) la balle
2) du guidon
dans chacun des référentiels suivants :
a) le référentiel terrestre
b) le référentiel du vélo?
Exemple de tableau :
dans le référentiel terrestre
dans le référentiel du vélo
Mouvement de la balle
Mouvement du guidon
II- Trajectoire d’une « pastille » sur une roue
Manipulation
Visionner au tableau, image par image, le film vidéo « rotation.avi », et repérer précisément les
positions successives de la « pastille » et du centre de la roue.
Conclusion
Quelle est la nature du mouvement (nature de la trajectoire, évolution de la vitesse)
1) du centre de la roue
2) de la pastille
dans chacun des référentiels suivants :
a) le référentiel terrestre
b) le référentiel du centre de la roue ?
Présentez vos résultats dans un tableau.
III- Trajectoire particulière de la planète Mars
1) Si les planètes étaient en orbite autour de la Terre, comme on l’a longtemps cru, quelle serait
la trajectoire de Mars observée depuis la Terre ?
Nous savons maintenant que les planètes tournent autour du Soleil en décrivant des trajectoires
elliptiques, la plupart quasi circulaires, comme le montre l’enregistrement ci-dessous des
trajectoires de la Terre (T) et de Mars (M) dans le référentiel héliocentrique.
2) En utilisant « l’enregistrement » joint, déterminer sur une feuille de papier calque, la
trajectoire de Mars dans le référentiel géocentrique.
3) Expliquer le terme « rétrogradation » utilisé pour décrire la trajectoire de Mars vue depuis la
Terre.
Document pour la trajectoire de Mars :
le soleil est représenté par la lettre S
les trajectoires de la Terre et de Mars sont est représentées par des cercles.
Les positions de la Terre et de Mars à la date 0 sont indiquées par les lettres M et T.
2
3
4
5
0
31
M
5
6
6
1
7
4
(20)
3
7
8
8
2
S
9 (25)
9
10
1
T
10
11
11
12
12
0
15
(30)
13
25
14
13
14
20
15
16
17
Document pour la trajectoire de Mars :
le soleil est représenté par la lettre S
les trajectoires de la Terre et de Mars sont est représentées par des cercles.
Les positions de la Terre et de Mars à la date 0 sont indiquées par les lettres M et T.
2
3
4
5
0
31
M
5
6
6
1
7
4
(20)
7
3
8
8
2
S
9 (25)
9
10
1
T
10
11
11
12
(30)
12
13
13
14
15
15
14
20
16
17
0
25