PowerPoint 2007

Les objectifs de connaissance :
- La lumière présente des aspects ondulatoire et particulaire ;
- On peut associer une onde à une particule (relation de De Broglie) ;
- Transferts d’énergie (émissions spontanée et stimulée d’énergie) ;
- Aspect probabiliste de certains phénomènes quantiques ;
- Fonctionnement du LASER et propriétés.
Les objectifs de savoir-faire :
- Identifier des situations physiques où le caractère ondulatoire de la matière est significatif ;
- Identifier des situations physiques où le caractère corpusculaire de la matière est significatif.
Thème : COMPRENDRE
Livre : Chapitres 5 & 6
Domaine : Temps, mouvement et évolution
 Temps, cinématique et dynamique newtonienne
1. La première loi de Newton
Énoncé :
Dans un référentiel galiléen , lorsqu'un solide est isolé ou pseudo-isolé, son centre
d'inertie G est :
 soit au repos, si G est initialement immobile ;
 soit animé d'un mouvement rectiligne uniforme.
Si vG  0 alors
F
ext
 0 et réciproquement
 Cette loi est aussi connue sous la dénomination « principe de l'inertie »
2. La deuxième loi de Newton
Énoncé :
Dans un référentiel galiléen , la somme des forces extérieures (ou résultante) qui
s’exercent sur un système de masse m est égale à la dérivée par rapport au temps de son
vecteur quantité de mouvement :
 dp(t ) 
F

  dt 


Si la masse

se conserve
 F  m a(t )
 Cette loi est aussi connue sous la dénomination « théorème du centre d'inertie » ou
« relation fondamentale de la dynamique ».
3. La troisième loi de Newton
Énoncé :
Lorsqu'un corps A exerce sur un corps B une action mécanique représentée par une force FA/B
le corps B exerce sur A une action mécanique représentée par une force FB/A . Ces deux
forces ont même direction, même norme mais sont de sens contraire.
FA/B   FB/A
 Cette loi est aussi connue sous la dénomination « principe de l'action et de la réaction ».
4. Applications ( TP n°16)
4.1. Le mouvement rectiligne
[Rappel] un mouvement est rectiligne si la trajectoire du solide est une droite.
4.2. Le mouvement circulaire
[Rappel] un mouvement est circulaire si la trajectoire du solide est un cercle.
Remarques :
 Le mouvement circulaire non uniforme :
Dans le cas d’un mouvement circulaire, à chaque instant,
l’accélération peut se décomposer en deux vecteurs :
a  a n  aT
a n : accélération normale, centripète ;
a T : accélération tangentielle, tangente à la trajectoire et
orientée dans le sens du mouvement.
4.3. Mouvement dans un champ de pesanteur uniforme
4.3.1. La chute libre ( TP n°17)
Les équations horaires du mouvement sont :
Vitesse initiale nulle
Vitesse initiale non nulle
 ax (t )  0

aG  a y (t )  0

 az (t )  g 0
 ax (t )  0

aG  a y (t )  0

 az (t )  g 0
 vx (t )  0

 vG  v y (t )  0


 vz (t )  g 0t
 vx (t )  0

 vG  v y (t )  0


 vz (t )  g 0t  v0

 x(t )  0

OG  y (t )  0

1
 z (t )  g 0t ²

2

 x(t )  0

OG  y (t )  0

1
 z (t )  g 0t ²  v 0 t

2
 Le mouvement est rectiligne uniformément accéléré.
A RETENIR :
Le vecteur accélération du centre d’inertie d’un système placé uniquement dans un champ
de pesanteur ( en chute libre) est égal au vecteur champ de pesanteur.
4.3.2. Le mouvement parabolique ( TP n°17)
En considérant que seule agit l’action mécanique
exercée par la Terre sur l’objet (on néglige l’action
mécanique de l’air) et qui se modélise par le poids
de l’objet :
P  m  g0
La deuxième loi de Newton permet d’écrire :
dp
 P  m  g0
dt
On en déduit :

d m v
dt
  mg
0

dv
 a  g0
dt
Remarque : on suppose que le poids est équivalent à la force de gravitation (on néglige la
force d’inertie d’entrainement). Le projectile est aussi en mouvement par rapport au
référentiel, on va donc négliger la force de Coriolis.
 Equations horaires du mouvement :
En projetant cette relation dans le repère (O, i , j , k ) , on a :
 g0 x  0

g0  g0 y  0

 g 0 z  g 0

 ax  0

aG  a y  0

 a z  g 0

 vx (t )  C1

vG  v y (t )  C2

 vz (t )  g 0t  C3


 x(t )  C1t  C4

OG  y (t )  C2t  C5

1
 z (t )   g 0t ²  C3t  C6

2
Les constantes C1, C2, C3, C4, C5 et C6 sont déterminées à partir des conditions initiales (à t =
0 s)
On en déduit :
 ax (t )  0
 vx (t )  v0 cos 


aG  a y (t )  0
 vG  v y (t )  0


a
(
t
)


g
 vz (t )  g 0t  v0 sin 
0
 z


 x(t )  (v0 cos  )t

OG  y (t )  0

1
 z (t )   g 0t ²  (v0 sin  )t

2
 Équation de la trajectoire
t
x
cos 

z ( x)  
g0
1
x ²  (tan  ) x
2 v02 cos ²
 Le mouvement du projectile est une parabole de sommet S.
 Portée du projectile : OP
avec    v0 ; i 
g0
1
(OP)²  tan  (OP)
2
2 v0 cos ²
g0
1
(OP)²  tan  (OP)
2
2 v0 cos ²
La portée est définie par z = 0  0  

g0
1
2v02 cos ²
2v02 sin  cos 
(OP)  tan   OP  tan  

 OP 
2 v02 cos ²
g0
g0
v 02
 OP = sin 2
g0
 Flèche (altitude maximale atteinte) : S
OP v02

sin 2
S est tel que : x 
2
2g 0
2

 v02

 v02

g0
1
zS   2
sin
2


tan

sin
2





2 v0 cos ²  2g 0

 2g 0

v02 sin ² v02 sin ²

 zS  
2g 0
g0
v 02 sin²
 zS =
2g 0
Ainsi, zS est maximale si sin 2   1 
sin   1
  
π
(seule valeur acceptable)
2
 Portée maximale :
v02
OP  sin 2
g0
 OPmax
est maximale si sin 2 est maximal  sin 2  1  2 
v 02
=
g0
L’altitude maximale, pour  

4
, sera donc : zSmax
5. Particule chargée dans un champ électrostatique
v02
=
4g 0

2
rad  45
A RETENIR :
- Le vecteur accélération du centre d’inertie d’une particule chargée placée dans un champ
électrostatique est dirigée selon le vecteur champ électrostatique ;
- Le mouvement du centre d’inertie d’une particule chargée placée dans un champ
électrostatique uniforme avec une vitesse initiale non nulle, s’effectue dans un plan formé
par les vecteurs v0 et E ;
- La trajectoire du centre d’inertie d’une particule chargée placée dans un champ
électrostatique uniforme avec une vitesse initiale non nulle est une parabole dont la
concavité dépend du signe de la charge q.