CHAPITRE 1: ANALYSE DU MOUVEMENT
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THEME II : LA PRATIQUE DU SPORT CHAPITRE 1: ANALYSE DU MOUVEMENT I- NOTION DE REFERENTIEL 1) CONSTATATIONS EXPERIMENTALES On a constaté en TP que la trajectoire d’un point pouvait être différente selon l’observateur appelé aussi référentiel. Il faudra toujours préciser le référentiel avant de décrire un mouvement. La trajectoire et la vitesse dépendent du choix du référentiel: on parle alors de relativité du mouvement. 2) LES PRINCIPAUX REFERENTIELS a) Les référentiels terrestres Un référentiel terrestre est un référentiel lié au sol. Tout objet ou personne immobile par rapport au sol est un référentiel terrestre. exemple: le sol, les pallias au laboratoire, un arrêt de bus, un arbre… Ces référentiels sont bien adaptés pour décrire les expériences menées au laboratoire. b) Le référentiel géocentrique Le référentiel géocentrique est constitué de quatre points très éloignés les uns par rapport aux autres et fixent des uns par rapport aux autres. Ces quatre points sont: le centre de la Terre, trois étoiles éloignées que l’on peut notées E1;E2;E3. Dans ce référentiel, les objets tels que les arbres sont animés d’un mouvement circulaire uniforme. Ce référentiel est bien adapté pour le mouvement des satellites artificiels et naturels. c) Le référentiel héliocentrique Le référentiel héliocentrique est constitué de quatre points éloignés et immobiles les uns par rapport aux autres. Ces points sont: le centre du soleil, trois étoiles éloignées (E1, E2, E3). Ce référentiel est particulièrement bien adapté pour décrire les mouvements des planètes et des sondes spatiales au sein du système solaire. II- LA DESCRIPTION DU MOUVEMENT Un objet ou un corps est constitué d’un ensemble de points appelé points matériels. On ne peut pas, en général, étudié tous les mouvements des points d’un corps; on s’intéresse à un seul de ces points. Ce point est, en général, le centre d’inertie de ce corps. La détermination du centre de gravité peut-être complexe par le calcul c’est pourquoi, en première approximation, on admettra que le centre de gravité est confondu avec le centre (si celui-ci existe). Lorsqu’un corps est en mouvement, la trajectoire de son centre d’inertie est la plus simple des trajectoires des autres points de ce corps. 1) TRAJECTOIRE D’UN POINT La trajectoire d’un point P est l’ensemble des positions successives occupées par ce point au cours du temps. On note les positions en utilisant les indices. Exemple: . . . . P1 P2 P3 P4 Chaque position peut être repérée par ses coordonnées à condition de disposer d’un repère tel que (O; i; j). Si on change de repère, les coordonnées de chaque point vont changer mais pas la trajectoire qui ne dépend que du choix du référentiel. 2) LA DESCRIPTION DU MOUVEMENT Pour décrire le mouvement d’un point, il faut indiquer le référentiel, il trajectoire et l’évolution de la vitesse au cours du temps. Exemple: . . . . P1 P2 P3 P4 Dans le référentiel terrestre, le mouvement du point P est rectiligne, horizontal et accéléré (les positions s’éloignent les unes les autres). Remarques: il existe une multitude de trajectoire possible parmi lesquelles on peut citer: circulaire, parabolique, elliptique… D’un point de vue général, toutes trajectoires qui n’est pas rectiligne est curviligne. Le long d’une trajectoire, un point peut accélérer puis décélérer donc l’évolution de sa vitesse peut changer. III- LA VITESSE D’UN POINT 1) LA VITESSE MOYENNE La vitesse moyenne est le rapport de la longueur parcourue l par la durée du parcours: t vm=l/ t. 2) LA VITESSE INSTANTANEE La vitesse instantanée d’un point est sa vitesse à un instant donné. On peut la déterminer de différentes façons, par exemple, on peut la mesurer avec un radar, on peut déterminer la vitesse instantanée avec une chronophotographie ou d’un enregistrement vidéo. Les positions relevées, à l’aide de la chronophotographie, sont toujours obtenues pour un intervalle de temps entre deux photos constant. Remarque: il faut faire attention à l’échelle pour les distances. IV- LES FORCES 1) QU’EST-CE QU’UNE FORCE? Une force modélise une action mécanique simple tel que pousser, soulever, tirer, appuyer… Une force est représenté par un vecteur et donc possède quatre caractéristiques: un point d’application, une direction (droite d’action), un sens et une valeur (une intensité). Il existe deux grands types de forces: les forces de contacts (nécessite le contact entre l’acteur et le receveur), les forces à distances (l’acteur agit à distance sur le receveur). Exemple: la Terre exerce une force à distance sur les objets placés à son voisinage. De même, les forces exercées par un barreau électrisé sur un pendule électrostatique sont des forces à distances. 2) LES EFFETS D’UNE FORCE Une force peut: modifier le vitesse d’un corps, modifier sa trajectoire, modifier sa vitesse et sa trajectoire, déformer ce corps. 3) LE POIDS D’UN CORPS Le poids d’un corps de masse, m, est la force exercée par la Terre sur ce corps. On la note souvent P et son intensité, P, a pour expression: P=m x g. Remarque: P est toujours vertical (direction) vers le bas et il s’applique au centre de gravité G de ce corps. Le vecteur P a quatre caractéristiques: une origine (le centre de gravité), une direction (vertical), un sens (vers le bas) et une valeur (P=m x g). 4) BILAN DES FORCES EXERCEES SUR UN CORPS Pour étudier et comprendre le mouvement d’un corps, il faut faire l’inventaire de toutes les forces qui s’exercent sur ce corps et négliger celles dont la valeur est faible par rapport aux autres. Les forces qui s’exercent sur un corps additionne leurs effets. En fait, les forces s’ajoutent vectoriellement. Par exemple, si trois forces F1, F2, F3 s’exercent sur un corps, alors la résultante sera la somme de ces trois vecteurs soit FRésultante=F1+F2+F3. V- LE PRINCIPE D’INERTIE Lorsqu’un corps est soumis à des forces qui se compensent alors le centre d’inertie de ce corps est soit immobile soit animé d’un mouvement rectiligne uniforme. Remarque: dans la vie courante, il est rare qu’un corps est un mouvement rectiligne uniforme très longtemps ce qui signifie que les forces exercées sur un corps en mouvement se compensent rarement.
