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1. RAPPELS DE COURS – Mouvements et Forces 1.1. Notion de référentiel a. Défini

1. RAPPELS DE COURS – Mouvements et Forces 1.1. Notion de référentiel a. Définition Un référentiel est un corps par rapport auquel on étudie le mouvement d’autres corps. Un référentiel est ainsi constitué : - d’un corps de référence - d’un repère mathématique fixe par rapport au corps de référence - d’une base de temps b. Exemples de référentiel  Un train en déplacement peut être utilisé pour observer le déplacement d’un passager à l’intérieur du train.  Le sol peut être utilisé pour observer le déplacement d’un train.  Le référentiel géocentrique peut être utilisé pour observer le déplacement d’un satellite autour de la Terre. c. Choix du référentiel Dans l’absolu, tout corps peut être choisi comme référentiel. Il existe toutefois des référentiels mieux adaptés en fonction de la situation étudiée. Le référentiel est généralement choisi comme un élément qui semble être fixe par rapport au mouvement du corps étudié.  Le référentiel terrestre local Il s’agit du référentiel constitué par la Terre (également appelé référentiel du laboratoire). Il est bien adapté pour l’étude des mouvements de courte durée sur la Terre.  Le référentiel géocentrique Il s’agit d’un référentiel fictif dont l’origine est le centre de la Terre. Ce référentiel est bien adapté pour l’étude du mouvement de la Lune ou de satellites de la Terre.  Le référentiel héliocentrique Il s’agit d’un référentiel fictif dont l’origine est le centre du Soleil. Ce référentiel est bien adapté pour l’étude du mouvement des planètes du système solaire. 1.2. Caractéristiques d’un mouvement a. Trajectoire La trajectoire d’un point mobile est l’ensemble des positions occupées par ce point au cours du mouvement b. Trajectoires particulières  Mouvement rectiligne Si l’ensemble des positions successives d’un point mobile au cours d’un mouvement est une droite alors le mouvement est dit rectiligne.  Mouvement circulaire Si l’ensemble des positions successives d’un point mobile au cours d’un mouvement est un cercle alors le mouvement est dit circulaire.  Mouvement curviligne Si l’ensemble des positions successives d’un point mobile au cours d’un mouvement est une courbe quelconque alors le mouvement est dit curviligne. c. Vitesse  Définition Dans un référentiel choisi, le temps mis pour aller de A1 vers A2 est t. La vitesse moyenne pour aller de A1 vers A2 est définie par : t A A v 2 1    Unités de mesure Les unités du système international sont : - le mètre (m) pour les distances - la seconde (s) pour les durées - mètre par seconde (m/s ou m.s-1) pour les vitesses  Mouvements particuliers Au cours d’un mouvement : - lorsque la vitesse augmente, le mouvement est dit accéléré. - lorsque la vitesse est constante, le mouvement est dit uniforme. - lorsque la vitesse diminue, le mouvement est dit décéléré ou retardé. d. Importance du choix du référentiel Un observateur A situé sur le pont d’un bateau laisse tomber un objet. Un observateur B observe la scène depuis le rivage.  Pour l’observateur A, le référentiel est le bateau.  Pour l’observateur B le référentiel est la Terre.  La nature de la trajectoire et la vitesse mesurée dépendent directement du référentiel choisi. 1.3. Mouvement et forces a. Action et force En physique, une action est modélisée par une force qui est caractérisée par : - une direction - un sens - sa valeur (appelée norme) b. Action et mouvement Le mouvement d’un corps peut être influencé de deux manières par une action mécanique : - modification de la trajectoire - modification de la vitesse 1.4. Le principe d’inertie Le principe d’inertie s’applique dans un repère galiléen. a. Enoncé du principe d’inertie Tout corps persévère en son état de repos ou de mouvement rectiligne uniforme si les forces qui s’exercent sur lui de compensent. b. Réciproque du principe d’inertie Si les forces s’exerçant sur un solide se compensent alors le solide est en mouvement rectiligne uniforme ou au repos. 1.5. Solide isolé et pseudo-isolé a. Solide isolé Un solide est dit isolé lorsqu’il n’est soumis à aucune force. b. Solide pseudo-isolé Un solide est dit pseudo-isolé lorsque toutes les forces qui s’exercent sur lui se compensent. 2. EXERCICES – Référentiels et mouvement Exercice 1 Contenu : Référentiels, mouvement et vitesse Une voiture circule à 80 km.h-1 sur une route rectiligne de campagne. 1. Préciser dans quel référentiel on se place pour l'affirmer. 2. Préciser dans quel(s) référentiel(s): a. Un siège de la voiture est immobile. b. Un siège de la voiture est en mouvement. c. Une roue de la voiture est immobile. d. Une roue de la voiture est en mouvement. e. Un arbre sur le bord de la route est immobile. f. Un arbre sur le bord de la route est en mouvement. 3. Dans quel référentiel peut-on dire que : a. La Terre est immobile. b. La Terre tourne autour de l'axe de ses pôles. c. Le centre de la Terre tourne autour du Soleil. 4. Convertir 80 km.h-1 dans les unités du système international. Exercice 2 Contenu : Référentiels et mouvement Christophe conduit une automobile à vitesse constante sur une portion d'autoroute rectiligne. Il parcourt 250m pendant une durée égale à 7,50s. 1. Calculer la valeur de la vitesse de Christophe dans: a. Le référentiel de l'automobile. b. Le référentiel terrestre. 2. Quelle est la trajectoire de Christophe dans chacun de ces deux référentiels? 3. En déduire la nature du mouvement de Christophe dans chaque référentiel. Exercice 3 Contenu : Référentiels, mouvement et vitesse 1. a. Un spectateur filme une course cycliste. La caméra est fixée sur un trépied (posé sur le sol). On filme sans aucun mouvement de caméra ni changement de focale (zoom). Compléter sommairement les deux vues "instantanées" manquantes. b. Pour cette étude du mouvement le référentiel est ................................................... 2. a. Un reporter filme la course. Il est sur une moto roulant à la hauteur du cycliste. Compléter sommairement les deux vues "instantanées" manquantes. b. Pour cette étude du mouvement le référentiel est ........................................................... Exercice 4 Contenu : Référentiels, mouvement et vitesse Exercice 5 Contenu : Mouvement et référentiel DOCUMENT 1 1. François est-il en mouvement par rapport à Claire ? 2. François est-il en mouvement par rapport à Emilie ? 3. Emilie est-elle en mouvement par rapport à François ? 4. Par rapport à quel observateur la vitesse du tapis roulant est-elle donnée ? DOCUMENT 2 5. Quelle est la vitesse de François par rapport à Claire ? 6. Quelle est la vitesse de François par rapport à Emilie ? 7. Quelle serait la vitesse de François par rapport à Emilie s’il marchait dans le sens inverse du mouvement du tapis ? 1. François et Claire sont sur un tapis roulant qui avance de 0,8mètre par seconde. Ils passent devant Emilie qui observe un plan 2. François avance maintenant sur le tapis roulant dans le sens de la marche en faisant un pas par seconde. Chaque pas mesure 0,5m Exercice 6 Contenu : Mouvement et référentiel Exercice 7 Contenu : Référentiels, mouvement et vitesse On étudie le mouvement d’une balle de tennis lâchée par un cycliste roulant à vitesse constante en ligne droite. On obtient la chronophotographie ci-dessous ; les photos ont été prises toutes les 40 ms. La largeur intérieure du but de handball est de 3,12 m. On numérote les positions de la balle de 1 à 15 (on ne prend pas en compte la position 16, intervenant après un rebond de la balle). 1. Quel est le référentiel d’étude ? 2. Calculer la durée de la chute de la balle entre les positions 1 à 15 en seconde. 3. A l’aide d’un fil placé sur la trajectoire du document ci-dessous on a mesuré la distance entre les positions 1 et 15 égale à L = 6,8 cm. En utilisant l’échelle de la chronophotographie, calculer la distance réelle parcourue par la balle au cours de sa chute. 4. En déduire la vitesse moyenne de la balle en m/s au cours de sa chute. Exercice 8 Contenu : Référentiels et mouvement Un trottoir roulant horizontal se déplace à vitesse constante v = 1,2 m/s. Hector a pris le trottoir roulant et, à mi-parcours, il lâche une balle de tennis, verticalement et sans vitesse. Bérénice a photographié la chute de la balle en se plaçant à deux endroits : sur le sol à l'extérieur du trottoir roulant (B) ou sur le trottoir roulant (A). Hector a effectué plusieurs fois cette expérience : - en se tenant immobile par rapport au trottoir roulant - en marchant dans le sens du trottoir à vitesse constante v1 = 2,0 m/s par rapport au quai - en marchant dans le sens inverse du trottoir à vitesse constante v2 = 1,2 m/s par rapport au quai. Toutes ces expériences ont été photographiées à 2 endroits différents A et B. Bérénice a pris les photos en pose et sans se déplacer par rapport à la Terre ou par rapport au trottoir roulant. Les photos ont été développées. Hector et Bérénice se sont alors aperçus qu'ils n'ont pas noté uploads/Geographie/ chapitre6-mouvement-mecanique-pdf.pdf