Mots clés : Cours de physique seconde Mouvement de la Terre, Mouvement de la Lune, Mouvement de la Soleil, Mouvement de la Vénus, trajectoire, référentiel, référentiel terrestre, référentiel géocentrique, référentiel héliocentrique, système, vitesse, caractére relatif du mouvement, Rétrogradation, Mars, rétrogradation de Mars, chronométrage, chronomètre, précision, millième, centième, dix-millième, ...

I- Système et référentiel.

1)- Introduction :

-     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.

Animation CabriJava  

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-     Questions  que l’on peut se poser :

-     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 ?

-     Les voyageurs, les observateurs  constituent les systèmes étudiés.

-     Lors d’une étude de mouvement, il faut toujours indiquer l’objet dont on étudie le mouvement et aussi l’objet par rapport auquel on étudie le mouvement.

-     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.

-     Remarque :

-   Le mouvement d’un objet étant généralement complexe, en classe de Seconde, on se limite à l’étude d’un point d’un objet, d’un système.

2)- Définitions :

a)-  Le système :

-     Avant d’étudier un mouvement, il faut identifier le corps dont on étudie le mouvement.

-    

b)-  Le Référentiel :

-     Avant de décrire le mouvement d’un système, il faut indiquer l’objet de référence par rapport auquel on décrit le mouvement.

-     Un référentiel est un solide par rapport on étudie le mouvement d'un mobile (ou système)

-     Remarque :

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

3)- Les référentiels d’étude.

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.

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.

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-     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.

II- Description d’un mouvement.

1)- La trajectoire d’un point.

a)-  Définition.

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.

-     Mouvement de la valve V par rapport au Sol S.

 

Animation CabriJava

 

-     La valve décrit une cycloïde dans ce référentiel.

-     Mouvement de la valve V par rapport à l’axe de la roue A.

 

Animation CabriJava

 

-     La valve décrit un cercle dans ce référentiel (la valve tourne autour du point A, toujours à la même distance du point A)

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.

-     Si la trajectoire est une portion de courbe, le mouvement est curviligne.

 

2)- Relativité du mouvement.

-     Le mouvement d’un point du système étudié dépend du référentiel d’étude pour décrire ce mouvement.

-   On dit que le mouvement est relatif.

 

3)- La vitesse.

a)-  Valeur de la vitesse :

-     Dans un référentiel donné, la valeur de la vitesse d’un point est le rapport de la distance d parcourue par la durée Δt du parcours :

	d : représente la distance parcourue en mètres (m)
	Δt : représente la durée du parcours en secondes (s)
	v : représente la vitesse moyenne exprimée en m / s ou m.s –1

-     Remarque : dans ce cas, on parle de vitesse moyenne v _m.

b)-  Cas d’un mouvement rectiligne :

 

c)-  Cas d’un mouvement curviligne :

 

-     Remarque :

-     Dans un référentiel donné, le mouvement d’un point est :

-     Décéléré ou ralenti lorsque la valeur de la vitesse de ce point diminue ;

-     Accéléré lorsque la valeur de la vitesse de ce point augmente ;

-     Uniforme lorsque la valeur de la vitesse de ce point est constante.

-     La description du mouvement d’un système dépend du référentiel choisi.

-     On dit que le mouvement est relatif au référentiel.

-     Exemple :

-     La planète Mars a un mouvement circulaire dans le référentiel héliocentrique.

-     La planète Mars est animée d’un mouvement curviligne dans le référentiel géocentrique.

-     Trajectoire de la planète Mars dans le référentiel héliocentrique :

-     Trajectoire de la planète Mars dans le référentiel géocentrique:

     Animation CabriJava:

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4)- Le chronométrage :

-     Suivant la discipline sportive, le chronométrage nécessite une précision plus ou moins grande.

-     Pour certaines courses automobiles, les durées sont chronométrées au dix-millième de seconde.

-     Une durée est un intervalle de temps notée Δt.

-     La plupart des compétitions sportives nécessitent la mesure d’une durée.

-     Une grande précision du chronométrage permet au compétiteur d’évaluer l’évolution de ses performances, et facilite le classement lorsque les concurrents sont proches les uns des autres.

-     En juillet 2011, Christophe Lemaitre a établi un nouveau record de France du 100 m en 9,92 s.

-     La précision de l’affichage du temps du record est au centième (1/100^e) de seconde.

-     Évolution du record du monde du 100 m de 1912 à 2009 :

-     Chronomètre affichant les durées au 1/1000^e  de seconde :

 

III- Application.

1)- QCM :

QCM sous forme de tableau 01 QCM Questy 01 QCM sous forme de tableau 02 QCM Questy 02

2)- Exercices :   Exercices :  énoncé avec correction

a)-  Exercice 2 : Différents mouvements.

b)-  Exercice 4 : Mouvement de la Terre.

c)-  Exercice 5 Mouvement de la Lune.

d)-  Exercice 7 : Trajectoires sur la planète Terre.

e)-  Exercice 8 : Satellite ASTRA.

f)-   Exercice 11 : Comète McNaught.

g)-  Exercice 12 : Trajectoire de Vénus et du Soleil.