Observation et analyse de mouvements
I) SYSTEME ET REFERENTIEL :
1) Définition du système :
Avant de commencer toute
étude de mouvement, il faut préciser quel objet on étudie. On appelle cet objet un système.
Pour ne pas compliquer l’étude des trajectoires, les systèmes que nous étudierons cette année seront des points.
- Si les objets considérés sont très petits (atome, électron), le système correspondra à l’objet. En effet, un objet très petit peut être assimilé à un point.
- Si les objets sont plus gros et ne peuvent pas être réduits à un seul point, le système sera un point de l’objet. Par exemple, si on étudie le mouvement d’une bille, le système sera le centre de la bille.
- Les objets très lointains et très étendus (étoiles), nous apparaissent comme des points. Le système sera alors tout l’objet.
2) Notion de référentiel :
Un référentiel est
constitué :
- d’un objet de référence par rapport
auquel on repère les positions du système,
- d’une horloge permettant un repérage des
dates.
3) Exemples de référentiel : Vidéo
Tout objet peut-être choisi comme référentiel. Cependant,
certains sont mieux adaptés que d’autres pour étudier certains mouvements.
·
Les
référentiels terrestres : il est constitué à partir de n’importe quel
objet de référence lié à
·
Le
référentiel géocentrique : il est constitué par le centre de
· Le référentiel héliocentrique : il est constitué par le centre du Soleil. C’est le référentiel adapté à l’étude des mouvements des planètes.
II) mouvement du point d’un objet
1)
Trajectoire d’un point : Vidéo
On appelle trajectoire d’un point de
l’objet, l’ensemble des positions successives que ce point
occupe au cours du mouvement.
Exemple : mouvement cycloïdal de la
valve d’une roue
Animation :
table à coussin d’air
2) chronophotographie
On peut observer
la trajectoire d’un objet par chronophotographie :
technique qui consiste à enregistrer des images successives à intervalle de
temps régulier.
3) Vitesse moyenne (vidéo) et
instantanée d’un point
·
La
vitesse moyenne est égale au quotient de la distance d parcourue par le mobile
par la durée de déplacement. t
·
La
vitesse instantanée d’un mobile est sa vitesse à l’instant où on
l’observe.
Exemple : vitesse indiquée par le compteur d’une voiture.
·
La
vitesse d’un point dépend du référentiel dans lequel son mouvement est étudié.
4) Exemples de mouvements
Pour définir
le mouvement d’un point, il faut définir :
-
le référentiel d’étude (voir le III)
-
la vitesse du point en chaque instant
-
sa position en chaque instant, c’est à dire
sa trajectoire.
Un mouvement
est rectiligne si sa trajectoire est une droite.
Un mouvement
est circulaire si sa trajectoire est un cercle
Le mouvement
peut être également parabolique (trajectoire une parabole, cas du centre
d’inertie d’un solide en mouvement sans frottement sur Terre) , cycloïdale,
spirale etc..
Si la vitesse
ne varie pas le mouvement est dit uniforme.
Si la vitesse augmente, le mouvement est
accéléré, si elle diminue il est
ralentit.
Exemple :
le mouvement du centre
d’inertie d’un palet se déplaçant sans frottement sur la table à coussin d’air
est rectiligne uniforme. En effet sa trajctoire est
une droite, et sa vitesse est constante.
Le mouvement
du point vert est curviligne. En effet sa trajectoire est une courbe et sa
vitesse n’est pas constante.
III) la relativité du mouvement par rapport au référentiel d’étude
1) exemple de mouvement
Une mouche se
déplace avec une vitesse constante v = 1cm/s sur la grande aiguille d’une
horloge
On se propose
de représenter la mouche sur l’aiguille toutes les dix secondes.
Par rapport
au référentiel ‘aiguille’ le mouvement de la mouche est rectiligne uniforme Vidéo
Par rapport
au référentiel terrestre son mouvement est spiral non uniforme Vidéo
2) conclusion
Le mouvement
d’un point du système étudié dépend du référentiel utilisé pour décrire ce
mouvement. On dit que le mouvement est relatif au référentiel.