CHAPITRE 1 : MOUVEMENTS ET FORCES
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MOUVEMENTS ET FORCES I – NOTION DE REFERENTIEL VOIR TP P7 Le système est constitué de l’objet dont on étudiera le mouvement. Le référentiel est un solide par rapport auquel on choisit de décrire le mouvement d’un corps. Pour décrire un mouvement, on doit toujours préciser par rapport à quel référentiel ce mouvement est considéré. L’observateur est immobile dans le référentiel considéré. Tout objet immobile par rapport au sol est un référentiel terrestre. Quelques référentiels VOIR PLUS LOIN (chap suivant) le référentiel terrestre, constitué par la Terre, permet l’étude des mouvements se déroulant à la surface et au voisinage de la Terre, sur une courte durée (on l’assimile au référentiel de « la classe ») Le référentiel géocentrique, constitué par le globe terrestre privé de son mouvement de rotation autour de lui-même. II – TRAJECTOIRES 1 – Définition La trajectoire d’un point d’un solide est la courbe qui joint l’ensemble des positions successives occupées par ce point au cours du mouvement. Remarque : La trajectoire dépend du référentiel choisi. 2 – Trajectoires et mouvements Quand la Trajectoire est Le mouvement est qualifié de Un (morceau de) droite rectiligne Un (morceau de) cercle circulaire Un (morceau de ) parabole parabolique Exemple (par rapport au sol) Tout point du tgv sur rails droits point d’un manège (autre que centre) point d’une balle lâchée du vélo qui roule à v constante III – VITESSES MOYENNE 1 – Définition La vitesse moyenne Vm est le rapport de la distance d parcourue par un mobile pendant une durée t : Vm d t 2 – Vitesse et mouvement Quand la Le mouvement est vitesse est qualifié de constante uniforme. Augmente accéléré. Diminue ralenti Vm en m.s-1 ; d en m ; La Distance parcourue pendant des durées égales est (cf chronophotographie) Egales Croissante Décroissantes t en s Exemples IV – FORCES VU EN 3EME 1 – Définitions Exemple : Un enfant pousse un chariot. Il exerce une action mécanique. Cette action mécanique est modélisée par une force : force de l’enfant sur le chariot. Activité : voir fin du chap 2 – Effets d’une force Une force qui s’exerce sur un corps peut : - mettre en mouvement ce corps - modifier son mouvement (trajectoire, vitesse…) - déformer ce corps V – FORCE ET VITESSE 1 - ACTIVITE RE REFLEXION Quel est l'objet qui prend le plus de vitesse? (Remarque :Sous l’effet de la seule gravité, le mouvement des corps est indépendant de leur masse.) 2 – TP P8 FORCES ET MOUVEMENTS RETENIR : Une force qui s’exerce sur un corps modifie la valeur de sa vitesse et / ou la direction de son mouvement. Cette modification dépend de la masse du corps. VRAIS DANS REF TERRE ET GEOCENTRIQUE 3 – LE PRINCIPE D’INERTIE ( ou 1ERE loi de Newton) Tout corps persévère dans son état de repos ou de mouvement rectiligne uniforme si les forces qui s’exercent sur lui se compensent. Conséquence Un corps soumis à aucune force (isolé) équivaut à un corps soumis à des forces qui se compensent (pseudo isolé) : Remarque : une force n’est donc pas toujours nécessaire pour entretenir un mouvement. ________________________________________________________________________________ PV EXERCICES Exercice 1 Sur les chronophotographies suivantes, on a enregistré toutes les 60 ms, la position d’un point d’un système. On a pour habitude de noter =60ms. Dans chaque cas, 1. Comment varie la distance parcourue par M pendant des durées égales ? Comment qualifie-t-on alors le mouvement ? 2. Comment s’appelle chaque trajectoire ? Enregistrement 1 : M0 Enregistrement 2: M0 Enregistrement 3 : 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 Exercice 2 Considérons une balle de golf avant l’impact du club. La balle est posée sur un tee. On utilise le référentiel terrestre. 1. Quelle est la vitesse de la balle avant l’impact ? 2. Quelles sont les forces qui agissent sur la balle : a. Avant l’impact ? b. Au moment de l’impact ? 3. Comment est modifiée la vitesse de la balle après l’impact ? Exercice 3 Données : Distance parcourue lors d’un marathon : 42,195km Aux jeux olympiques de 1908, L’américain John Hayes emporta le marathon en 2h55min 18s. En 2003, lors des J.O. de Berlin, le kenyan Paul Tergat remporta l’épreuve en 2h04min55s. 1) Déterminer la vitesse moyenne des 2 coureurs. 2) Si Paul Tergat avait couru pendant la même durée que John Hayes, quelle distance aurait-il parcouru ? 3) Si John Hayes avait couru à sa vitesse pendant le temps du kenyan, quelle distance se serait il contenté de parcourir ? ACTIVITE Quel est l'objet qui prend le plus de vitesse? A) Situation-problème N°1 : On abandonne simultanément sans les lancer une boule de tennis et une balle de ping pong depuis une hauteur d'environ 2 m. Laquelle arrivera la première au sol ? Vous devez fournir une réponse précise et argumentée : Vérification expérimentale : on voit que ….. Commentaire : (de cette observation ………………………………………..) : B) Situation-problème n°2 : Deux chariots de masses différentes, mobiles sur des rails horizontaux, sont abandonnés à l'action de deux ressorts identiques et allongés d'une même longueur (voir figure). Lequel des deux chariots va « partir » le plus vite et pourquoi ? Vous devez fournir une réponse précise et argumentée Vérification expérimentale : on voit que : Commentaire : (encore une …………………………………………………….. !): La …. Dans la situation 1, l’objet qui … CONCLUSION Dans la mise en mouvement d’un mobile, ..…………………. et ……………………………… - ………………………………………………………………………………………………………………………… - ………………………………………………………………………………………………………………………… …………………. ACTIVITE Quel est l'objet qui prend le plus de vitesse? A) Situation-problème N°1 : On abandonne simultanément et sans les lancer une boule de pétanque et une balle de tennis depuis une hauteur d'environ 2 m. Laquelle arrivera la première au sol ? Pour beaucoup : boule pétanque (800g) (tennos 60g) Vous devez fournir une réponse précise et argumentée. boule pétanque plus lourde Force de pesanteur plus importante sur boule de pétanque (p=mg) que sur balle de tennis Vérification expérimentale : On voit que : Elle tombent au sol en même temps Commentaire : (de cette observation ………paradoxale…………..) : ORAL : en raison de la différence des forces de pesanteur qui agissent lors de la chute, la boule aurait dû tomber plus vite , ce n’est pas le cas La mise en mouvement d’un corps ne peut pas être expliquées uniquement par les forces qui lui sont appliquées. En effet, ici, deux objets ont le même mouvement alors que les forces appliquées sont différentes. B) Situation-problème n°2 : Deux chariots de masses différentes mobiles sur des rails horizontaux sont abandonnés à l'action de deux ressorts identiques et allongés d'une même longueur (voir figure . Lequel des deux chariots va « partir » le plus vite et pourquoi? Vous devez fournir une réponse précise et argumentée La chariot le plus léger part le plus vite. Souligner cohérences et incohérences des élèves par rapport à la 1 ère situation. (Poids différents (comme au 1), forces identiques) Vérification expérimentale : On voit que : La chariot le plus léger part le plus vite. Commentaire : (encore une observation paradoxale …….. !): Les forces susceptibles d’agir sont identiques et les mouvements sont différents. Remarque : Une grandeur gène la prise de vitesse …LA MASSE Ceci expliquerait que au 2 : le plus léger part plus vite Que au 1, la boule de pétanque ne va pas plus vite même avec force plus grande La …masse contribue à ralentir le démarrage de l’objet et cela d’autant plus qu’elle est grande. Dans la situation 1, l’objet qui …est soumis à la plus grande force est celui qui a la plus grande inertie, c’est à dire la plus grande masse. CONCLUSION Dans la mise en mouvement d’un mobile, ..…la force…. et ……la masse……… opposées : - …La force agit sur la mise en mouvement - …La masse oppose de l’inertie à la mise en mouvement interviennent de manières
