Le référentiel Le système Lycée Mangin Sarrebourg Seconde

Mouvements et Forces - 1 -
dl
Exemples de référentiels
Référentiel Point
référence
Repère Systèmes
étudiés
Terrestre
Un solide
lié à la
Terre
Repère
orthonormé
Mouvements
au laboratoire
ou sur Terre
Géocentrique
Le centre
de la
Terre
Etoiles
fixes
Mouvements
de la Lune, des
satellites
artificiels
Héliocentrique
Le centre
du Soleil
Etoiles
fixes
Mouvements
des planètes du
système solaire
Le référentiel
Cela répond à la question : ‘comment allons nous
déterminer la position du système en fonction du temps ?’
Le système
Cela répond à la question : ‘de quoi allons nous
étudier le mouvement ?’
Un point de référence autour duquel
on construit un repère.
Une horloge
Le système est
suffisamment petit
(un atome par exemple)
ou
Le système est
suffisamment loin
( une étoile )
On considère
le système
comme
un point
Le système ne peut
être considéré
comme un point
( une toupie )
L’étude est
complexe et ne se
fera pas en seconde
On étudie un point
particulier du
système
Lycée Mangin
Sarrebourg
Année Scolaire
Seconde
Deuxième partie de Physique
L’Univers en mouvement et le temps
Chapitre I : Mouvements et forces
DL
I Comment étudier un mouvement ?
I.1 Définitions : mouvement, système, référentiel
Définition : Un mouvement est le déplacement d’un corps par rapport à un point fixe de l’espace durant un moment déterminé .
Avant tout chose, il faudra donc dans un problème de mécanique ( étude des mouvements ), préciser les deux choses suivantes :
Exercice : pour les mouvements étudiés lors du TP n° …, précisez le système étudié et le référentiel d’étude.
I.2 Relativité de la trajectoire
Une fois le référentiel fixé, la trajectoire d’un point est l’ensemble des positions successives du point.
La trajectoire d’un point dépend du référentiel choisi pour l‘étude du mouvement
Exemple ( voir tp n°8 de physique ) : Pour le skateur le mouvement de la balle est …………………………
Pour un observateur fixe, le mouvement de la balle est ………………

Mouvements et Forces - 2 -
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Echelle : 1 cm  2 m
τ
= 200 ms
A1 A2 3
I.3 Vitesse d’un point ( vitesse moyenne, vitesse instantanée, vecteur vitesse ) et les différents types de mouvement
Vitesse moyenne v =
Exemple : pour partir en vacances j’ai parcouru 800 km en 13h. Ma vitesse moyenne est de
Remarque : comme toutes les moyennes, les vitesses moyennes ont une valeur informative très limitée.
Le vecteur vitesse instantanée représente la variation de la position en fonction du temps à un moment donné.
Il est caractérisé comme tous les vecteurs par : - une direction
- un sens
- une norme (ou une intensité ) qu’on appelle parfois par raccourci la vitesse
instantanée.
Comment déterminer un vecteur vitesse ?
Pour déterminer V
n :
1) on détermine la direction : Tracez la droite reliant le point n
-1
au point n
+1
.
Tracez la parallèle à cette droite passant par le point n
2) on détermine le sens : De n
-1
à n
+1
3) on détermine la norme : Première étape : On détermine ∆d
On mesure la distance entre le point n
-1
et le point n
+1
sur le relevé
On calcule ∆d ( en m ) à l’aide de l’échelle
Deuxième étape : On détermine ∆t le temps ( en s ) écoulé entre le point n
-1
et le point n
+1
Ici ∆t = 2. τ
Troisième étape : On calcule  V
n
 ou Vn
 V
n
 = ∆d / ∆t
4) on représente Vn Il faut pour ce faire utiliser une échelle des vitesses ( en m/s ) ou en préciser une.
Dans l’exemple ci-dessus :
∆d =
∆t =
 V
n
 =
Echelle des vitesses pour la représentation :
Les différents types de mouvement
La direction et le sens du vecteur vitesse sont constants  le mouvement est rectiligne.
La norme du vecteur vitesse est constante ( v = cstte )  le mouvement est uniforme.
Le vecteur vitesse est constant ( v = cstt )  le mouvement est rectiligne uniforme
Attention : Quand on vous dit ‘ la vitesse est constante ‘, demandez-vous toujours si on vous parle du vecteur vitesse ou de sa
norme ( çà change tout ! )
D’autres exemples dans les TP n°9 et n°10 de physique
A3

Mouvements et Forces - 3 -
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©ilemaths.net
II Forces et actions sur un système
Les vecteurs forces modélisent une action sur un système.
Remarques : Comme tous les vecteurs, les vecteurs ‘Forces’ possèdent donc une direction, un sens et une norme ( exprimée en
Newton )
Il faudra définir le point d’application.
 Il existe 2 types d’actions :
les actions de contact les actions à distance
 Comment une force peut-elle modifier un système ?
en le déformant en faisant varier le vecteur vitesse
( donc en modifiant le mouvement )
© websciences.com
L’effet d’une force sur le mouvement d’un système est d’autant
plus important que la masse du système est petite .

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r
III Principe d’inertie
Pour étudier l’influence des forces sur un système, il faut, après avoir défini le système et le référentiel, faire le bilan des forces
c’est à dire faire l’inventaire de toutes les forces s’exerçant sur le système.
Plusieurs cas de figure sont alors envisageables : dans un référentiel terrestre ou géocentrique
Voir TP n°9 : Principe d’inertie
Vous apporterez des précisions à ce tableau en Première et Terminale S et STI.
IV Gravitation universelle
IV.1 Un peu d’histoire
C’est Isaac Newton qui, pour la première fois, donne à la fin du XVII
ème
siècle dans
son ouvrage ‘Principia’, une loi expliquant le mouvement des planètes mais aussi
l’existence du poids.
IV.2 L’attraction gravitationnelle
Deux systèmes A et B de masse m
A
et m
B
, assimilables à des points et séparés d’une distance r s’attirent mutuellement :
Le système A exerce sur le système B une force F
A/B
Le système B exerce sur le système A une force F
B/A
 Caractéristiques de ces vecteurs forces.
 Norme de F
A/B
et F
B/A
 F
A/B
| = | F
B/A
| = F =
Avec G, la constante universelle de gravitation ou constante de Cavendish : G = 6,67.10
-11
m
3
.kg
-1
.s
-2
Aucune force
ne s’exerce sur
le système
Les vecteurs forces qui s’exercent sur
le système se compensent
( leur somme vectorielle est nulle )
Les vecteurs forces qui s’exercent sur le système
ne se compensent pas
( leur somme vectorielle donne
un vecteur résultant )
Le vecteur vitesse ne varie pas
Si le système est initialement au repos, il reste au repos.
Si le système est initialement en mouvement, le
mouvement est rectiligne uniforme
Le vecteur vitesse varie
Si le système est initialement au repos, il est mis
en mouvement
Si le système est initialement en mouvement, ce
mouvement n’est pas rectiligne uniforme

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IV.3 Quel lien entre l’attraction gravitationnelle et le poids ?
 Force gravitationnelle exercée par la Terre sur un satellite de 1kg situé à une altitude de 35800 km
On donne M
T
= 5,98.10
24
kg et R
T
= 6380 km
Remarque : Lors du TP satellite nous verrons pourquoi le satellite ne s’écrase pas sur la Terre !!!
 Force gravitationnelle exercée par la Terre sur un système de 1kg situé à la surface de la Terre.
 Force gravitationnelle exercée par la Terre sur un système de m kg situé à la surface de la Terre.
 Quelle formule rencontrée au collège cela vous rappelle-t-il ?
Le poids d’un objet n’est rien d’autre que la force d’attraction gravitationnelle exercée par une planète ( la Terre le plus souvent )
sur l’objet.
Donc dans l’espace, éloigné de tout, vous n’avez plus de poids ( en N ) ! mais il vous reste une masse ( en kg )
 Le vecteur poids :
Avec g = 9,81 N.kg
-1
à Paris ( g est appelé valeur de la pesanteur )
Cette valeur de g varie selon la latitude
(1)
 Calculez la norme de votre vecteur poids à l’équateur ( g = 9,79 N.kg
-1
)
 Calculez la norme de votre vecteur poids aux pôles ( g = 9,83 N.kg
-1
)
Conclusion : Selon la ………… à laquelle je me situe, ………………………………………… varie mais ma …………………
reste ………………………… .
(1) pour en savoir ( beaucoup ) plus : http://www.emse.fr/~bouchardon/enseignement/axe_pn/up1/web/la_terre_est_ronde/tr_0301.htm
P