L’essentiel SP1-CHAP 2

L’essentiel SP1-CHAP 2 Référentiel, Description d’un Mouvement

1. De la relativité du mouvement à la nécessité de préciser le référentiel d’étude Un objet donné A peut être simultanément immobile par rapport à un point B et en mouvement par rapport à un point C

Exemple : soit A, l’avion de chasse : il est immobile par rapport à B, l’avion ravitailleur mais il est en mouvement par rapport à un point C du sol terrestre.

Avant d’étudier le mouvement d’un objet, il faut donc préciser le référentiel d’étude : un référentiel est constitué d’un repère (point + 3 axes) pour le repérage de la position et d’une horloge pour le repérage des dates.

Exemple de référentiel : ci-contre A tout moment, il est possible de connaître la position exacte de G (x,y,z), centre d’inertie du ballon en fonction de t.

Le référentiel le plus couramment utilisé est le référentiel terrestre (le point O est un point physiquement relié au sol Terrestre). Pour l’étude du mouvement des satellites artificiels, on utilise le référentiel géocentrique (O : centre de la Terre)

2. Qu’est-ce que la chronophotographie et quel est son intérêt ?

La chronophotographie est une succession de photographies prises à intervalles de temps réguliers et développées sur le même film photographique ; il apparaît ainsi plusieurs images successives du mouvement d’un objet.

Intérêt de la chronophotographie : La connaissance de l’intervalle de temps entre 2 images et de l’échelle du cliché permettent de déterminer la vitesse d’un point et ses éventuelles variations (et ainsi de repérer les phases d’accélération ou de freinage)

Exemple (ci-dessus) : le motard roule t-il à vitesse constante ? Si non, accélère t-il ou freine t-il ? 3. Vitesse moyenne, vitesse instantanée

① Vitesse moyenne

La vitesse moyenne notée « v » ou « vm » d’un objet en déplacement est le quotient de la distance parcourue sur le temps de parcours.

Exemple : on considère le mouvement du centre d’inertie G d’une moto aux dates t0, t1, t2 etc…

Pour calculer la vitesse moyenne entre les points G0 et G8 on fait le calcul : v =

=

② Vitesse instantanée

Il s’agit de la vitesse à une date bien précise (exemple : la vitesse d’un compteur de voiture donne la vitesse instantanée). Pour la distinguer d’une vitesse moyenne, on la note en général vi(point) en précisant le point de la trajectoire auquel on s’intéresse.

La vitesse instantanée au point G2 (par exemple) est considérée comme étant la vitesse moyenne entre le point d’avant (G1) et le point d’après (G3).

Ainsi, l’expression de vi(G2) est donc :

Dans le cas étudié ici, puisque le mouvement s’effectue selon l’axe Ox, on a vi(G2) = (X3 – X1)/ (t3 – t1)

v (ou vm) =

d : distance en mètres (m) t : temps de parcours en s v : vitesse en m/s

G0 G1 G2 G3 G4 G5 G6 G7 G8

unités : légales le plus souvent (G1G3) en m ; t3 – t1 en s;

vi(G2) en m/s

Rappel utile : 1 m.s^-1 = 3,6 km.h^-1

Applications de la vie courante : les radars automobiles

 Le radar « classique » calcule la vitesse instantanée grâce à un système d’ondes envoyées et réfléchies par le véhicule

Le radar tronçon  (1^ère mise en service en 2012) calcule la vitesse moyenne sur une certaine distance.

Qu’est-ce que l’accélération ? Hors Programme

L’accélération notée « a » d’un solide (animé d’un mouvement rectiligne uniforme) entre 2 points A et B est définie comme le quotient de la variation de vitesse sur la durée du parcours 

v

- v

t

– t

④ Ordres de grandeurs de vitesses et d’accélérations

Ordres de grandeur de vitesses 

Ordres de grandeur d’accélérations 

Remarques :

- l’accélération de la pesanteur terrestre est g = 9,8 m.s^-2 pour une altitude inférieure à 10 km : cela signifie qu’un objet en chute libre (pas de frottements de l’air) voit sa vitesse augmenter de 9,8 m.s^-1 chaque seconde (c'est-à-dire de 35 km.h^-1 chaque seconde).

- Les accélérations d’objets très rapides (comme un avion de chasse) sont parfois exprimés en « nombre de fois la valeur g ». Ainsi, si un avion de chasse a une accélération de 36 m.s^-2, cela correspond à

= 3,7 g.

A ne pas confondre avec le nombre de MACH, qui représente une vitesse exprimée en nombre de fois la vitesse du son.

 http://www.futura-sciences.com/magazines/espace/infos/actu/d/astronautique-avion-plus-rapide-monde-va-voler-mach-20-ce-soir-32766/

COMPETENCES ATTENDUES

  

Comprendre que la nature du mouvement observé dépend du référentiel choisi Réaliser et exploiter des enregistrements vidéo pour analyser des mouvements

Porter un regard critique sur un protocole de mesure d’une durée en fonction de la précision attendue