MOUVEMENTS ET FORCES

Chapitre 5
MOUVEMENTS ET FORCES
I- DEFINITION DU SYSTEME ETUDIE :
Pour étudier un mouvement, il est nécessaire de préciser le système considéré, c’est-à-dire le
corps ou le point choisi pour l’étude.
Lorsque le système est étendu (ex : voiture, bus…)l’étude de son mouvement peut-être complexe,
on étudie alors le mouvement d’un point particulier (en général son centre de gravité).
II- NOTION DE REFERENTIEL :
2.1. En mouvement ou au repos ? Activité 1 page 254
« X est-il en mouvement par rapport à Y ? »
A
B
C
Bus
Route
A
non
oui
oui
non
oui
B
oui
non
non
oui
non
C
oui
non
non
oui
non
Bus
non
oui
oui
non
oui
Route
oui
non
non
oui
non
Le mouvement d’un objet est relatif à un observateur.
2.2. Définition :
Un référentiel est constitué :
- d’un objet de référence par rapport auquel on repère les positions du système,
- d’une horloge permettant un repérage des dates.
2.3. Exemples de référentiels :
Tout objet peut-être choisi comme référentiel. Cependant, certains sont mieux adaptés que
d’autres pour étudier certains mouvements.
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Les référentiels terrestres : il est constitué à partir de n’importe quel objet de référence lié à
la Terre et fixe par rapport à celle-ci. C’est le référentiel adapté à l’étude des mouvements sur
la Terre. (ex : salle de classe, laboratoire de physique, table immobile….)
Le référentiel géocentrique : il est constitué par le centre de la Terre. C’est le référentiel
adapté à l’étude des mouvements de la lune ou de satellites artificiels.
Le référentiel héliocentrique : il est constitué par le centre du Soleil. C’est le référentiel
adapté à l’étude des mouvements des planètes.
III- TRAJECTOIRE D’UN POINT D’UN SYSTEME :
On appelle trajectoire d’un point de l’objet, l’ensemble des positions successives que ce point
occupe au cours du mouvement.
Exemple 1 : Lâcher d’une balle par un cycliste (activité 3 page 260)
Exemple 2 : Mouvement rétrograde de Mars (activité 4 page 261)
La trajectoire dépend du référentiel choisi.
Remarque : On peut observer la trajectoire d’un objet par chronophotographie : technique qui
consiste à enregistrer des images successives à intervalle de temps régulier
IV- VITESSE D’UN MOBILE :
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4.1. Vitesse moyenne et vitesse instantanée ;
La vitesse moyenne est égale au quotient de la distance parcourue par le mobile par la durée de
déplacement. Vmoy = d / t
La vitesse instantanée d’un mobile est sa vitesse à l’instant où on l’observe.
Exemple : vitesse indiquée par le compteur d’une voiture.
Activité dirigé : représentation et caractéristique d’un vecteur vitesse.
La vitesse d’un point dépend du référentiel dans lequel son mouvement est étudié.
4.2. Exemples de mouvements : transparent
 Mouvement rectiligne :
Si la trajectoire est une droite, le mouvement est rectiligne.
Si la vitesse ne varie pas le mouvement est uniforme. Si la vitesse augmente, le mouvement est
accéléré, si elle diminue il est ralentit.
 Mouvement circulaire :
Si la trajectoire est un cercle, le mouvement est circulaire.
V- MOUVEMENT ET FORCES :
5.1. Les actions mécaniques :
a- Actions de contact :
Exemples : solide posé sur une table ; tirer une corde ; marcher…
b- Actions à distance :
Exemples : action d’un aimant sur une bille d’acier ; action de la Terre sur un objet…
Ces actions s’exercent sans qu’aucun contact ne soit nécessaire.
5.2. Modélisation d’une action par une force :
Une action mécanique est modélisée en physique par une force. La force subit par un système de la
part d’un autre est représentée par un vecteur. Les caractéristiques du vecteur force sont :
son point d’application, sa direction, son sens et sa valeur qui s’exprime en Newton (N).
On mesure la valeur d’une force avec un dynamomètre.
5.3. Exemple de modélisation de forces : ex 11 page 273
5.4. Effets d’une force sur le mouvement :
On se placera dans le référentiel terrestre.
a- Modification de la valeur de la vitesse :
Expérience : Quand on donne une impulsion à une bille initialement immobile, on exerce une force
qui la met en mouvement, sa vitesse est alors modifiée (elle passe d’une valeur nulle à une valeur non
nulle). Une force appliquée à un corps peut modifier la valeur de sa vitesse.
b- Modification de la direction du mouvement :
Expérience : En présence de l’aimant, la trajectoire de la bille d’acier est modifiée. L’aimant exerce
sur la bille une force appelée force magnétique qui modifie la direction du mouvement de la bille.
Une force appliquée à un corps peut modifier la direction de son mouvement.
c- Influence de la masse du corps :
Exemples : Au rugby, il est plus difficile de plaquer un joueur de 120 kg qu’un joueur de 80 kg. Il
est plus facile de pousser un chariot vide que plein…
L’effet d’une force sur le mouvement d’un système dépend de la masse du système. Plus la masse
est faible, plus l’effet de la force est important.
VI- LE PRINCIPE D’INERTIE :
6.1. Peut-il y avoir mouvement sans forces ?
Exemple : Le curling
 Palet au repos : il est soumis à son poids. Donc son mouvement devrait être modifié. Or il reste
immobile. Il existe donc une autre force dont l’effet annule celle du poids : la réaction de la
glace sur le palet. On dit que ces deux forces se compensent.
 Palet lancé : il glisse d’un mouvement rectiligne. Sa vitesse diminue et il s’arrête au bout d’un
parcourt plus ou moins long. Une force supplémentaire s’exerce au cours du mouvement : la
force de frottements exercée par la glace sur le palet dont l’effet se manifeste par la
diminution de sa vitesse.
 Comment aller plus loin ? Les joueurs balaient la glace devant le palet pour réduire les forces de
frottements qui lui permet d’aller plus loin. Si on pouvait faire totalement disparaître les forces
de frottements, le palet aurait un mouvement rectiligne. Il garderait un mouvement alors que
les forces qui lui son appliquées se compensent.
6.2. Enoncé du principe d’inertie :
Dans un référentiel terrestre, tout corps persévère dans son état de repos ou de mouvement
rectiligne uniforme si les forces qui s’exercent sur lui se compensent.
Un corps soumis à des forces qui se compensent et un corps qui n’est soumis à aucune force ont le
même comportement.
Remarques : Ce principe est aussi vrai dans le référentiel géocentrique. Un principe résulte
d’observations mais ne se démontre pas.