Phys. N° 05

Mouvement

et Forces.

Cours.

 

   

 

Programme 2010 : Relativité du mouvement, Force et mouvement dans le sport

Programme 2010 : Physique et Chimie

 

I- Mouvements et référentiels.

1)- Nécessité d"un référentiel.

2)- Les référentiels.

3)- Trajectoire d'un corps en mouvement.

II- La vitesse d’un mobile.

1)- Caractéristiques de la vitesse.

2)- Approche expérimentale de

la vitesse instantanée.

III- Mouvements et forces.

1)- Notion de force.

2)- Effets d'une force sur le mouvement.

IV- Le principe de l'Inertie.

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

2)- Le principe de l'Inertie.

V- Applications.

1)- QCM :

2)- Exercices .

Exercices (énoncé et correction)

TP physique N° 07 - Relativité du mouvement 01

TP physique N° 07 - Relativité du mouvement.

TP physique N° 08 - Le principe de l'inertie.

TP physique N° 09 - Chute d'une goutte d'encre dans l'huile.

 

QCM :

Relativité du mouvement 01

Sous forme de tableau

Relativité du mouvement 02

Sous forme de tableau

Exercices (énoncé et correction)

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.

-    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 :  

 

d : 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 triath01)

-    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.

2)- 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.

1)- QCM :

QCM :

Relativité du mouvement 01

Sous forme de tableau

Relativité du mouvement 02

Sous forme de tableau

2)- Exercices :

Exercices (énoncé et correction)

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.