Phys. N° 05

Mouvement et Forces. Cours.

 

 

I- Mouvements et référentiels.

II- La vitesse d’un mobile.

III- Mouvements et forces.

IV- Le principe de l‘Inertie.  

V- Applications.

Exercices 2005-2006

 Physique et Chimie  seconde  Collection DURANDEAU   HaCHETTE

1)- Exercice 5 page 86.

5)- Exercice 2 page 102.

2)- Exercice 6 page 87.

6)- Exercice 8 page 103.

3)- Exercice 17 page 89.

7)- Exercice 12 page 103.

4)- Exercice 18 page 86.

8)- Exercice 18 page 104.

Physique et Chimie  seconde  Collection Microméga   Hatier

Ancienne édition

1)- Exercice 10 page 240.

2)- Exercice 15 page 240.

3). Exercice 18 page 241.

4)- Application : Mouvement d'une bille dans un liquide.

 

Pour aller plus loin : 

Mots clés :

Mouvements ; référentiels ; le référentiel Géocentrique ; le référentiel Héliocentrique ; vitesse moyenne ; vitesse instantanée ; instant ; durée ; date ; Forces ; Principe de l'Inertie ; ...

 

 

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I- Mouvements et référentiels.

1)- Nécessité d ‘un référentiel.

a)-     Exemple :

-          Considérons un train de voyageur en mouvement. Dans un wagon, deux voyageurs V1 et V2 sont assis. 

-          Sur le quai de la gare deux observateurs O1 et O2 immobiles observent le train partir.

 

-      Questions :

-          Quel est le mouvement de V1 par rapport à O1 ?

-          Quel est le mouvement de O2 par rapport à V2 ?

-          Quel est le mouvement de V1 par rapport à V2 ?

-          Conséquences : un objet peut être en mouvement par rapport à un observateur et immobile par rapport à un autre. 

-          Le mouvement d'un objet est relatif à un objet de référence appelé référentiel.

b)-     Définitions.

-          l'objet dont on étudie le mouvement est appelé le mobile et l'objet de référence est appelé le référentiel.

-          Un référentiel est un solide par rapport on étudie le mouvement d'un mobile.

-          Remarque : Pour décrire le mouvement d'un mobile, il faut indiquer le référentiel d'étude.

2)- Les référentiels.

a)-     Le référentiel terrestre ou référentiel du laboratoire.

-          On utilise, le plus souvent, comme repère lié au référentiel terrestre, deux axes horizontaux et un axe vertical. 

-          Ce référentiel est bien commode pour l’étude du mouvement des objets dans une salle de classe, pour tous les mouvements qui s’effectuent au voisinage de la terre.

b)-     Le référentiel géocentrique.

-          L’origine du repère lié au référentiel Géocentrique est située au centre de la Terre. 

-          L’axe z’Oz  est orienté vers une étoile lointaine : on peut choisir l’étoile polaire. 

-          Les axes x’Ox et y’Oy sont situés dans le plan équatorial et ils sont orientés vers des étoiles lointaines supposées fixes.

-          Ce référentiel est commode pour l’étude des satellites de la Terre. 

-          Ce référentiel n’est pas entraîné dans le mouvement de rotation de la Terre. 

-          Dans ce référentiel, la Terre est animée d’un mouvement de rotation uniforme de l’ouest vers l’est, autour de l’axe des pôles.  

-          En vert, le référentiel Terrestre et en bleu, le référentiel Géocentrique.

c)-     Le référentiel héliocentrique ou de Copernic.

-          L’origine du repère lié au référentiel Héliocentrique est située au centre du Soleil. 

-          Les axes z’Oz, x’Ox et y’Oy sont orthogonaux et ils sont orientés vers des étoiles lointaines supposées fixes.

-          Ce référentiel est commode pour l’étude des satellites du Soleil. 

-          Dans ce référentiel, la Terre décrit une orbite elliptique autour du Soleil en une année.  

-          En bleu, le référentiel Géocentrique et en rouge, le référentiel Héliocentrique .

Animation : CABRIJAVA

3)- Trajectoire d’un corps en mouvement.

a)-     Définition.

-          On appelle trajectoire d’un point d’un objet, l’ensemble des positions successives que ce point occupe au cours du mouvement.

b)-     Exemple 1 : chute libre d’une balle

Étude de vidéos : CHGOLF et BILLE avec avimeca ou MarqCD puis mouvement dans un train : 

site (2danimations : la chute libre 1)

-          Chronophotographie du mouvement de la balle pour deux observateurs.

-          Le mouvement de la balle n’est pas le même pour les deux observateurs.

c)-     Exemple 2 : trajectoire de la valve d’une roue de vélo.

d)-     Remarques.

-          La trajectoire d’un point mobile dépend du référentiel d’étude.

-          Si la trajectoire est une droite, le mouvement est rectiligne.

-          Si la trajectoire est un cercle, le mouvement est circulaire.

II- La vitesse d’un mobile.

1)- Caractéristiques de la vitesse.

a)-     Valeur de la vitesse.

-          Vitesse moyenne : dans le référentiel d’étude, on appelle vitesse moyenne, le rapport :  

vm 

d 


 Δt 

: représente la distance parcourue en mètres (m)

Δt : représente la durée du parcours en secondes (s)  

vm : représente la vitesse moyenne exprimée en m / s ou m.s-1

-          Cas d’un mouvement rectiligne :

-         

-          Cas d’un mouvement curviligne :

-         

-          Vitesse instantanée :  

-          la vitesse instantanée, d’un corps en mouvement, est la vitesse à un instant donné, 

-          c’est la vitesse donnée par le tachymètre de la voiture à l'instant où on le regarde.

b)-     Valeur de la vitesse et mouvement uniforme.

-          On appelle mouvement uniforme, le mouvement d’un corps dont la valeur de la vitesse reste constante.

-          Conséquences : (vidéo : TOURDI  ou tourdi01 et TRIATH ou TRAPH)

-          Le corps parcourt des distances égales pendant des durées successives égales.

-          Les valeurs de la vitesse moyenne entre deux positions et de la vitesse instantanée de ce corps, à un instant quelconque sont égales.

c)-     Direction et sens de la vitesse.

-          La vitesse d’un mobile est aussi caractérisée par sa direction et son sens. La direction de la vitesse coïncide avec celle du mouvement et le sens avec celui du déplacement de l’objet.

d)-     Approche expérimentale de la vitesse instantanée.

-          On va considérer que pendant un intervalle de temps très court, la vitesse ne varie pratiquement pas, qu'elle reste pratiquement constante. On peut en conséquence utiliser la relation précédente.

ʘ    La vitesse instantanée v(t) d’un point mobile, à la date t, est pratiquement égale à sa vitesse moyenne calculée pendant un intervalle de temps très court encadrant l’instant t considéré.

-            Méthode :

-      Remarque 1 : la valeur donnée par cette relation est d'autant plus proche de la vraie valeur que la durée Δt = t" - t' est petite.

-          Écriture simplifiée : vitesse du point mobile à l’instant t3 :

 

-         

-          Remarque 2 : il faut toujours préciser le référentiel étude pour déterminer la valeur de la vitesse. La vitesse est relative au référentiel d'étude.

III- Mouvements et forces.

1)- Notions de force.

-          Une action mécanique localisée exercée par un objet A sur un autre objet B peut être modélisée par une force.

-          Cette force est représentée par un segment fléché, appelé vecteur force noté :

-          Caractéristiques :

-          L’origine : point d’application de la force,

-          La direction et le sens sont ceux de la force.

-          La longueur du représentant est proportionnelle à la valeur de la force.

-          L’unité de force est le Newton (N).

-          La valeur d’une force se mesure à l’aide d’un dynamomètre.

2)- Effet d’une force sur le mouvement.

-          Exemple 1: effet du poids sur une balle qu’on lance.

-          Exemple 2 : phénomène d’électrisation effet d’une force électrostatique sur des petits morceaux de papiers.

-          Une force qui s’exerce sur un corps peut mettre cet objet en mouvement, modifier sa trajectoire, modifier sa vitesse.

IV- Le principe de l‘Inertie.

1)- Peut-il y avoir mouvement sans force ?

-          C’est au XVIIe siècle que Newton donne une réponse à cette question. (1642 – 1727)

-          Expérience : on pose une pierre de curling sur la patinoire horizontale.

-          Quelles sont les actions mécaniques qu’elle subit ?

-          On lance cette même pierre sur la patinoire.

-          Quelles sont les actions mécaniques qu’elle subit ?

2)- Le principe de l’Inertie.

-          Énoncé : tout corps persévère dans son état de repos ou de mouvement rectiligne uniforme si les forces qui s’exercent sur lui se compensent.

-          Remarques :

-          Le principe de l’inertie n’est valable que dans certains référentiels.

-          On l’applique cette année dans le référentiel terrestre et dans le référentiel géocentrique.

-          Lorsque la trajectoire d’un objet n’est pas une droite ou lorsque la vitesse d’un corps varie, on peut affirmer d’après le principe de l’inertie que les forces exercées sur cet objet ne se compensent pas.

V- Applications.

 

Exercices 2005-2006

 Physique et Chimie  seconde  Collection DURANDEAU   HaCHETTE

1)- Exercice 5 page 86.

5)- Exercice 2 page 102.

2)- Exercice 6 page 87.

6)- Exercice 8 page 103.

3)- Exercice 17 page 89.

7)- Exercice 12 page 103.

4)- Exercice 18 page 86.

8)- Exercice 18 page 104.

Physique et Chimie  seconde  Collection Microméga   Hatier

Ancienne édition

1)- Exercice 10 page 240.

2)- Exercice 15 page 240.

3). Exercice 18 page 241.

4)- Application : Mouvement d'une bille dans un liquide.