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Relativité du mouvement. Exercices |
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Mots clés : Cours de physique seconde Mouvement de la Terre, Mouvement de la Lune, Mouvement de la Soleil, Mouvement de la Vénus, Satelite ASTRA, comète de McNaught 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, ... |
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I- Exercice 2 : Différents mouvements.
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Énoncé :
Dans quel référentiel parmi les suivants, la trajectoire des objets cités est-elle la plus simple à étudier ?
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Correction :
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II- Exercice 4 : Mouvement de la Terre.
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Énoncé :
1)- La rotation de la Terre autour de l’axe reliant ses pôles se fait avec une vitesse dont la valeur est constante. Décrire le mouvement d’un point d’un observatoire à la surface de la Terre dans: a)- Un référentiel terrestre ; b)- Le référentiel géocentrique. 2)- La valeur de la vitesse du centre de la Terre est constante dans le référentiel héliocentrique. Décrire le mouvement du centre de la Terre dans ce référentiel. |
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Correction : 3)- Mouvement d’un observatoire : a)- Référentiel terrestre : le laboratoire est immobile par rapport à la Terre. Dans le référentiel terrestre, un point du laboratoire est immobile. b)- Référentiel géocentrique : Un point du laboratoire est entraîné dans le même mouvement que la Terre dans le référentiel géocentrique. Un point du laboratoire est animé d’un mouvement circulaire uniforme dans le référentiel géocentrique. 4)- Mouvement du centre de la Terre dans le référentiel héliocentrique : - Le centre de la Terre est animé d’un mouvement circulaire uniforme dans le référentiel héliocentrique (en fait la Terre décrit une ellipse autour du Soleil et le mouvement n’est pas bien uniforme) |
III- Exercice 5 Mouvement de la Lune.
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Énoncé : 1)- Dans quel référentiel le centre de la Lune a-t-il une trajectoire circulaire ? 2)- On suppose que la valeur de la vitesse de la Lune est constante dans ce référentiel. Décrire le mouvement du centre de la Lune dans ce référentiel. |
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Correction : 3)- Mouvement de la Lune : La trajectoire de la Lune est (quasi) circulaire dans le référentiel géocentrique. 4)- Mouvement de la Lune dans le référentiel géocentrique : La Lune est animée d’un mouvement circulaire uniforme dans le référentiel géocentrique. |
IV- Exercice 7 : Trajectoires sur la planète Terre.
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Énoncé :
Joris se repose, sa tête est bien calée contre le coussin de son fauteuil. 1)- Schématiser la trajectoire du nez de Joris : a)- Dans un référentiel terrestre ; b)- Dans le référentiel géocentrique. 2)- Le nez de Joris a-t-il la même vitesse dans le référentiel terrestre et dans le référentiel géocentrique ? 3)- Pourquoi dit-on que le mouvement est relatif ? |
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Correction : 4)- Trajectoire du nez de Joris : a)- Référentiel terrestre : Le point rouge représentant le nez de Joris est immobile dans le référentiel terrestre
b)- Référentiel géocentrique :
Cliquer sur l'image pour l'agrandir - Dans le référentiel géocentrique le nez est entraîné dans le mouvement de rotation de la Terre autour de l’axe de ses pôles. - Il est animé d’un mouvement circulaire uniforme. 5)- Vitesse du nez de Joris : - Dans le référentiel terrestre, le nez de Joris est immobile, sa vitesse est nulle. - Dans le référentiel géocentrique, le nez se déplace, sa vitesse n’est pas nulle. - La vitesse du nez de Joris dépend du référentiel d’étude. 6)- Le mouvement est relatif : - Le mouvement d’un objet (d’un système) dépend du référentiel d’étude. - Le mouvement d’un système est lié à l’objet de référence (référentiel) qui permet de l’étudier. - La trajectoire et la vitesse d’un système dépendent du référentiel d’étude. - Dans toute étude, il faut préciser le référentiel utilisé. |
V- Exercice 8 : Satellite ASTRA.
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Énoncé :
Astra 1H est un satellite géostationnaire de télécommunication. Une antenne parabolique dirigée vers ce satellite capte les signaux qu’il émet. Cela permet de recevoir de nombreuses chaînes de télévision. 1)- Satellite géostationnaire. a)- Rechercher la définition du terme géostationnaire. b)- En déduire le mouvement du satellite dans un référentiel terrestre. 2)- Décrire son mouvement dans le référentiel géocentrique. 3)- Comparer sa période de révolution à la période de rotation de la Terre sur elle-même. |
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Correction : 4)- Satellite géostationnaire : a)- Définition : - Un Satellite Géostationnaire est un Satellite qui reste toujours à la verticale d’un même point P de la Terre. - Le plan de l’orbite dans le référentiel géocentrique est le plan équatorial. b)- Mouvement d’un satellite géostationnaire : - Un satellite géostationnaire est immobile dans un référentiel terrestre. - C’est pour cette raison que l’on peut pointer une antenne dans sa direction. 5)- Mouvement dans le référentiel géocentrique : - Dans le référentiel géocentrique le satellite Astra est entraîné dans le mouvement de rotation de la Terre autour de l’axe de ses pôles. - Il est animé d’un mouvement circulaire uniforme. 6)- Période de rotation du satellite Astra : - La période de rotation du satellite Astra est la même que celle de la Terre.
Animation CabriJava Satellite géostationnaire |
VI- Exercice 11 : Comète McNaught.
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Énoncé :
La comète de McNaught est passée à proximité de la Terre en 2009. Le schéma ci-dessous représente les positions successives de la comète par rapport au Soleil enregistrées tous les 10 jours à partir du 1er août 2009. 1)- Quel est le système étudié ? 2)- Décrire sa trajectoire dans le référentiel héliocentrique. 3)- Étude du document : a)- Quelle est, dans le référentiel héliocentrique, la distance parcourue par la comète entre le 20 septembre 2009 et le 10 octobre 2009. b)- En déduire la valeur de la vitesse de la comète entre ces deux dates. L’exprimer en kilomètre par heure. La comparer avec la valeur de la vitesse de révolution de la Terre autour du Soleil qui est de l’ordre de 105 km . h – 1. 4)- A trajectoire de cette comète serait-elle la même dans le référentiel géocentrique ? Justifier votre réponse. |
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Correction : 5)- Système étudié : - « positions successives de la comète par rapport au Soleil » : - Le système étudié est la Comète de McNaught et le référentiel d’étude est le Soleil. 6)- Trajectoire de la comète de McNaught : - La trajectoire de la comète de McNaught est une portion de courbe. - Le mouvement de la comète de McNaught est curviligne. 7)- Exploitation du document : a)- Distance parcourue : - On peut utiliser un tableau de proportionnalité :
Mesure 1
Mesure 2
- b)- Valeur de la vitesse de la comète :
- - La valeur de la vitesse de la comète est du même ordre de grandeur que la valeur de la vitesse de révolution de la Terre autour du Soleil
- v ≈ v
Terre 8)- Trajectoire er référentiel : - La trajectoire de la comète dépend du référentiel d’étude. - La trajectoire de la comète n’est pas la même dans le référentiel géocentrique. - Le référentiel le mieux adapté pour étudier le mouvement de la comète est le référentiel héliocentrique. |
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VII- Exercice 12 : Trajectoire de Vénus et du Soleil.
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Énoncé : Vénus et la Terre tournent autour du Soleil avec un mouvement circulaire uniforme dans le référentiel héliocentrique.
Le schéma ci-dessus représente, aux mêmes dates, les positions successives de la Terre (en bleu), du Soleil (en jaune) et de Vénus (en rouge). 1)- Quel est le référentiel utilisé pour représenter les positions des 3 astres ? 2)- Décrire le mouvement du Soleil dans ce référentiel. 3)- Expliquer l’allure de la trajectoire de Vénus dans ce référentiel. |
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Correction : 4)- Référentiel utilisé : - Le référentiel choisi est le référentiel géocentrique car le centre de la Terre est immobile dans ce référentiel. - La Terre tourne autour de l’axe de ses pôles. 5)- Mouvement du Soleil dans ce référentiel : - Le Soleil tourne autour de la Terre. - Il est animé d’un mouvement circulaire uniforme. 6)- Description du mouvement des Astres à partir du document : - Vénus et la Terre tournent autour du Soleil. - Mais les vitesses de révolution de la Terre et de Vénus sont différentes. - Dans le référentiel géocentrique, la trajectoire de Vénus est curviligne. - On observe une rétrogradation de Vénus (on observe le même phénomène pour Mars). Vénus Ressource Wikipédia : lien à copier : https://fr.wikipedia.org/wiki/Vénus_(planète) - Vénus : distance au Soleil 108 millions de km ; période de révolution 224,70 j - Vitesse orbitale : v = 35,02 km / s Terre Ressource Wikipédia : lien à copier : https://fr.wikipedia.org/wiki/Terre - Terre : distance au Soleil 150 millions de km ; période de révolution 365,25 j - Vitesse orbitale : v = 29,78 km / s
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