2-08 Cours Relativité du mouvement

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www.pichegru.net 30 mai 2016
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Chapitre 8 : Relativité du mouvement
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Comprendre que la nature du mouvement observé dépend du référentiel
choisi.
Référentiel
Le mouvement d’un objet étudié dépend de l’objet de référence choisi
pour l’étude de ce mouvement. Cet objet est appelé référentiel.
 Un point particulier d’une roue de vélo n’aura pas la même trajectoire
si on observe le vélo en étant fixe par rapport au sol (référentiel terrestre)
ou si on l’observe en étant sur le vélo (référentiel lié au vélo).
Mouvements d’un point de la roue d’un vélo
Donc, pour étudier le mouvement d’un objet, caractérisé par sa trajectoire
et sa vitesse, il faut d’abord choisir un référentiel d’étude.
Référentiel : objet par rapport auquel on étudie un mouvement. On y
associe un repère (O, x, y, z) et une horloge, pour pouvoir repérer la
position d’un point en fonction du temps.
 Référentiel terrestre : il est construit à partir d'un objet immobile par
rapport au sol. Ce référentiel est adapté à l'étude des mouvements sur
Terre.
 Référentiel géocentrique : il est lié au centre de la Terre et ses axes
pointent dans des directions fixes (le repère ne tourne pas sur lui-même
avec la Terre). Ce référentiel est utilisé pour étudier le mouvement d’objets
en orbite autour de la Terre (la lune, les satellites artificiels).
Relativité du mouvement
Quelques référentiels courants
Exercice 1 Mouvement et référentiel
Trajectoire
La trajectoire d'un point est l’ensemble des positions successives
occupées par ce point au cours du temps.
Deux points d’un même objet n’ont pas forcément la même trajectoire
(exemple : le mouvement d’un point sur le cadre d’un vélo et le
mouvement d’un point sur une roue de ce vélo).
Trajectoires
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TP 8 : Étude d’un mouvement
Réaliser et exploiter des enregistrements vidéo pour analyser des
mouvements
Objectif : Étudier le mouvement d’un ballon
Démarche : On filme un ballon avec une caméra sur trépied et un objet
servant d’échelle de distance. Puis, en passant la vidéo image par image,
on fait en relevé des différentes positions du ballon au cours du temps en
se servant d’un papier calque apposé sur l’écran.
Observations : la trajectoire du ballon est parabolique. La connaissance
du temps qui s’écoule entre chaque image (ici, 33 ms) et de la distance
parcourue par le ballon (grâce à l’échelle de distance) on peut en déduire
sa vitesse (15 à 20 m·s
-1
selon les tirs).
A Al ll lu ur re e d de e l la a t tr ra aj je ec ct to oi ir re e
Un mouvement en ligne droite est dit rectiligne.
Un mouvement en cercle est dit circulaire.
Un mouvement à vitesse constante est dit uniforme.
Le mouvement d’un projectile (objet lancé) est dit parabolique.
Il existe bien d’autres formes de mouvements.
Autres exemples de mouvements
La Terre tourne-t-elle autour du Soleil ? e-penser
Exercice 2 Trajectoires
V Vi it te es ss se e
La vitesse d’un objet dépend aussi du référentiel choisi. La vitesse
moyenne d’un objet se calcule par la relation :
tdéplacemendu durée parcourue distance
moyenne
=v
Dans le système d’unités SI, une distance s’exprime en mètre et une durée
en seconde. Donc une vitesse s’exprime en mètres par secondes (m·s
-1
).
Toutefois d’autres unités sont parfois utilisées (km·h
-1
, notamment).
Conversion à retrenir : 1 m·s
-1
= 3600 m·h
-1
= 3,6 km·h
-1
Si le mouvement se fait à vitesse constante, on dit qu’il est uniforme .
Vitesse et référentiel
Exercice 3 Vitesse moyenne
M Me es su ur re e d du u t te em mp ps s
Porter un regard critique sur un protocole de mesure d’une durée en
fonction de la précision attendue.
Date et durée
Une date correspond à un moment précis. Elle est notée t. Une durée
correspond à une différence de date, notée ∆ t. L’unité SI de la durée est la
seconde (s).
Précision d’une mesure de durée
Il y a plusieurs méthode pour mesurer une durée (chronomètre manuel ou
automatique, enregistrement vidéo). La méthode utilisée va influer sur la
précision de la mesure.
Exercice 4 Date et durée