Exemples Simples de Mouvement Relatif | Physique-Chimie Seconde
Introduction aux Exemples de Mouvement Relatif
Découvrez comment le mouvement est perçu différemment selon l'observateur
Introduction au mouvement relatif
Qu'est-ce que le mouvement relatif ?
Le mouvement relatif est le mouvement d'un objet par rapport à un observateur ou un référentiel choisi.
Le même objet peut avoir des mouvements différents selon le point de vue de l'observateur.
Le mouvement est donc relatif au référentiel choisi pour l'observation.
- Un objet en mouvement par rapport à un observateur
- Le même objet immobile par rapport à un autre observateur
- La trajectoire dépend du référentiel choisi
- La vitesse dépend du référentiel choisi
Exemple de la voiture
Observation depuis différents points de vue
Depuis l'intérieur de la voiture en mouvement, un passager semble immobile.
La vitesse du passager par rapport à la voiture est nulle.
Le passager ne bouge pas par rapport à l'intérieur de la voiture.
Depuis l'extérieur de la voiture, le même passager est en mouvement.
Le passager se déplace à la même vitesse que la voiture.
Le passager parcourt des distances par rapport au sol.
Exemple du train
Mouvement dans un train en marche
Une personne marchant dans un train en mouvement :
- Se déplace lentement par rapport au train
- Parcourt une courte distance par rapport au wagon
- Sa vitesse est mesurée par rapport au sol du train
Depuis le sol, la même personne :
- Se déplace très vite par rapport au sol
- Parcourt une grande distance par rapport au sol
- Sa vitesse est la somme de la vitesse du train et de sa vitesse dans le train
Si vitesse du train = 30 m/s et vitesse de la personne dans le train = 2 m/s :
Exemple de la balle lancée
Balle lancée depuis un véhicule en mouvement
Depuis l'intérieur du véhicule en mouvement, une balle lancée verticalement :
- Suit une trajectoire rectiligne verticale
- Monte puis redescend au même endroit
- Ne semble pas affectée par le mouvement horizontal
Depuis l'extérieur, la même balle :
- Suit une trajectoire parabolique
- Continue à avancer horizontalement tout en montant et descendant
- Parcourt une distance horizontale pendant son vol
Exemple de l'ascenseur
Mouvement dans un ascenseur
Dans un ascenseur en mouvement, une personne :
- Reste immobile par rapport à l'ascenseur
- Ne ressent pas de déplacement horizontal
- Peut se déplacer normalement à l'intérieur
Depuis le bâtiment, la même personne :
- Se déplace verticalement avec l'ascenseur
- Change d'étage au fil du temps
- Parcourt une distance verticale
Lorsque l'ascenseur accélère vers le haut :
- La personne ressent une force supplémentaire vers le bas
- Son poids apparent augmente
- Elle a l'impression d'être plus lourde
Lorsque l'ascenseur décélère vers le haut :
- La personne ressent une force réduite vers le bas
- Son poids apparent diminue
- Elle a l'impression d'être plus légère
Exemple du satellite
Satellite en orbite
Depuis un satellite en orbite géostationnaire :
- La Terre semble immobile en dessous
- Le satellite reste au-dessus du même point
- Il tourne à la même vitesse que la Terre
Depuis la Terre, le même satellite :
- Reste immobile dans le ciel
- Ne bouge pas par rapport à un point fixe
- Est utile pour les communications
Depuis un autre point de l'espace, le satellite :
- Suit une trajectoire circulaire autour de la Terre
- Se déplace à une vitesse constante
- Effectue une orbite complète en 24 heures
Exercice 1 : Mouvement relatif dans un train
Application du mouvement relatif
Un train roule à 25 m/s par rapport au sol. Un passager marche dans le train à 1,5 m/s dans le sens de la marche du train.
1. Quelle est la vitesse du passager par rapport au train ?
2. Quelle est la vitesse du passager par rapport au sol ?
3. Quel est le référentiel utilisé pour chaque mesure ?
4. Quelle serait la vitesse du passager par rapport au sol si le passager marchait dans le sens inverse ?
Solution exercice 1
Correction détaillée
La vitesse du passager par rapport au train est 1,5 m/s dans le sens de la marche du train.
Cette vitesse est mesurée dans le référentiel du train.
Dans le référentiel terrestre, la vitesse du passager est la somme des vitesses :
La vitesse du passager par rapport au sol est de 26,5 m/s.
Pour la vitesse de 1,5 m/s : le référentiel est le train.
Pour la vitesse de 26,5 m/s : le référentiel est le sol (référentiel terrestre).
Si le passager marche dans le sens inverse :
La vitesse du passager par rapport au sol serait de 23,5 m/s.
Exercice 2 : Balle lancée depuis une voiture
Application de la relativité du mouvement
Une voiture roule à 20 m/s sur une route rectiligne. Un passager lance une balle verticalement vers le haut à 5 m/s par rapport à la voiture.
1. Quelle est la vitesse initiale de la balle par rapport à la voiture ?
2. Quelle est la vitesse horizontale de la balle par rapport au sol ?
3. Quelle est la trajectoire de la balle vue depuis la voiture ?
4. Quelle est la trajectoire de la balle vue depuis le sol ?
Solution exercice 2
Correction détaillée
La vitesse initiale de la balle par rapport à la voiture est 5 m/s vers le haut.
Cette vitesse est purement verticale dans le référentiel de la voiture.
La vitesse horizontale de la balle par rapport au sol est égale à la vitesse de la voiture : 20 m/s.
La balle conserve la vitesse horizontale de la voiture.
Depuis la voiture, la balle effectue une trajectoire rectiligne verticale.
Elle monte puis redescend au même point.
Depuis le sol, la balle effectue une trajectoire parabolique.
Elle combine un mouvement horizontal uniforme (20 m/s) et un mouvement vertical uniformément varié (5 m/s vers le haut, puis chute libre).
Exercice 3 : Mouvement dans un bateau
Application des principes de relativité
Un bateau navigue à 8 m/s vers l'est par rapport à l'eau. Un passager marche à 2 m/s vers le nord sur le pont du bateau.
1. Quelle est la vitesse du passager par rapport au bateau ?
2. Quelle est la vitesse du passager par rapport à l'eau ?
3. Quelle est la direction de la vitesse du passager par rapport à l'eau ?
4. Si le bateau change de direction vers le nord à la même vitesse, quelle serait la nouvelle vitesse du passager par rapport à l'eau ?
Solution exercice 3
Correction détaillée
La vitesse du passager par rapport au bateau est 2 m/s vers le nord.
Cette vitesse est mesurée dans le référentiel du bateau.
Les vitesses sont perpendiculaires, donc on utilise le théorème de Pythagore :
La vitesse du passager par rapport à l'eau est d'environ 8,25 m/s.
L'angle α par rapport à l'est est donné par :
La direction est 14° nord par rapport à l'est.
Si le bateau se dirige vers le nord à 8 m/s et le passager marche vers le nord à 2 m/s :
La vitesse du passager par rapport à l'eau serait de 10 m/s vers le nord.
Résumé
Points clés
- Le mouvement est relatif au référentiel choisi
- Un même objet peut être en mouvement ou immobile selon le référentiel
- La trajectoire dépend du référentiel d'observation
- La vitesse dépend du référentiel d'observation
- Référentiel terrestre (solide avec la Terre)
- Référentiel du véhicule en mouvement
- Référentiel spatial (fixe par rapport aux étoiles)
- Référentiel du mobile lui-même
Quand les vitesses sont dans la même direction :
Quand les vitesses sont perpendiculaires :
Conclusion
Félicitations !
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