Référentiel : Ensemble d'objets fixes servant de repère pour observer un mouvement.
- Identifier les référentiels : Sol, train
- Déterminer les vitesses relatives : Personne par rapport au train
- Appliquer la composition des vitesses : Somme vectorielle
Le train se déplace à 80 km/h par rapport au sol, une personne marche à 5 km/h dans le sens du train
Vitesse de la personne par rapport au sol = vitesse du train + vitesse de la personne dans le train
v_personne/sol = 80 + 5 = 85 km/h
Dans le référentiel du train, la personne se déplace à 5 km/h
La vitesse dépend du référentiel choisi
Dans le référentiel du sol, la personne se déplace à 85 km/h, dans le référentiel du train à 5 km/h
• Relativité du mouvement : La vitesse dépend du référentiel d'observation
• Composition des vitesses : Somme vectorielle des vitesses relatives
• Repère fixe : Le référentiel fournit un repère fixe pour l'observation
Observateur : Personne ou système de mesure qui perçoit le mouvement.
Un bus roule à 40 km/h, un passager est assis à l'arrière
Dans le référentiel du bus, le passager est immobile
Dans le référentiel du sol, le passager se déplace à 40 km/h
Si le passager se lève et marche vers l'avant à 3 km/h
Dans le référentiel du sol : v = 40 + 3 = 43 km/h
Le mouvement du passager dépend du référentiel d'observation choisi
• Relativité : Même objet peut être immobile ou en mouvement selon le référentiel
• Observateur : Influence sur la perception du mouvement
• Coordonnées : Dépendent du système de référence choisi
Inertie : Tendance d'un objet à conserver son état de mouvement.
Un avion vole à 900 km/h, un objet est lâché dans l'avion
Dans l'avion, l'objet tombe verticalement
Dans le sol, l'objet a une trajectoire parabolique
L'objet conserve la vitesse horizontale de l'avion (900 km/h)
L'objet suit une parabole avec une vitesse initiale horizontale
La trajectoire de l'objet dépend du référentiel d'observation choisi
• Principe d'inertie : L'objet conserve sa vitesse horizontale
• Composition des mouvements : Mouvement horizontal + chute libre
• Relativité : Même phénomène physique, descriptions différentes
Mouvement relatif : Mouvement d'un objet par rapport à un autre objet en mouvement.
Un bateau se déplace à 20 km/h, une balle est lancée vers l'arrière à 10 km/h
Dans le bateau, la balle se déplace à 10 km/h vers l'arrière
La vitesse de la balle par rapport au sol = 20 - 10 = 10 km/h vers l'avant
Si la balle est lancée vers l'avant à 10 km/h : v = 20 + 10 = 30 km/h
Si la balle est lancée vers l'arrière à 20 km/h : v = 20 - 20 = 0 km/h (immobile par rapport au sol)
La vitesse de la balle par rapport au sol dépend de sa vitesse relative au bateau
• Somme vectorielle : Les vitesses s'ajoutent vectoriellement
• Direction : Prendre en compte le sens des vecteurs
• Relativité : Description différente selon le référentiel
Référentiel galiléen : Référentiel dans lequel le principe d'inertie est applicable.
Un pendule est suspendu dans un métro en mouvement rectiligne uniforme
Dans le métro, le pendule est immobile (référentiel galiléen)
Dans le sol, le pendule se déplace avec le métro mais reste vertical
Si le métro accélère, le pendule penche vers l'arrière
Le métro en accélération n'est pas un référentiel galiléen
Le comportement du pendule dépend de l'état de mouvement du référentiel
• Référentiel galiléen : Mouvement rectiligne uniforme ou repos
• Forces d'inertie : Apparaissent dans les référentiels non galiléens
• Observation : Même phénomène, descriptions différentes selon le référentiel
Référentiel géocentrique : Référentiel centré sur la Terre mais immobile par rapport aux étoiles.
Le satellite semble tourner autour de la Terre
Le satellite semble avoir une trajectoire complexe due à la rotation de la Terre
Dans le référentiel terrestre, il semble immobile au-dessus d'un point
Le satellite fait un tour en 24h pour rester fixe par rapport à la Terre
Télécommunications, météorologie, observation de la Terre
Le mouvement du satellite dépend du référentiel choisi pour l'observation
• Référentiel géocentrique : Base pour décrire les orbites
• Rotation terrestre : Affecte la perception du mouvement
• Applications : Choix du bon référentiel pour les applications pratiques
Référentiel héliocentrique : Référentiel centré sur le Soleil, immobile par rapport aux étoiles lointaines.
On ne perçoit pas directement la rotation de la Terre
Depuis l'espace, on observe clairement la rotation de la Terre
À l'équateur : v = ωR = (2π/86400) × 6378000 ≈ 465 m/s
Force de Coriolis, aplatissement aux pôles, déviation des vents
Jour et nuit, fuseaux horaires, forces apparentes
La rotation de la Terre est évidente dans un référentiel spatial mais non perceptible dans le référentiel terrestre
• Relativité : Mouvement perçu différemment selon le référentiel
• Effets : La rotation terrestre a des conséquences observables
• Observation : Le choix du référentiel influence la perception
Référentiel héliocentrique : Référentiel centré sur le Soleil, permettant de décrire les orbites planétaires.
Autrefois, on pensait que les planètes tournaient autour de la Terre
Les planètes tournent autour du Soleil en orbites elliptiques
Les orbites sont des ellipses avec le Soleil à un foyer
Les planètes se déplacent à des vitesses variables selon leur distance au Soleil
Saisons, années, cycles planétaires dépendent du référentiel choisi
Le modèle héliocentrique simplifie la description des mouvements planétaires
• Choix judicieux : Le référentiel héliocentrique est plus adapté
• Lois physiques : Simplifient dans le bon référentiel
• Historique : Changement de paradigme scientifique
Composition des mouvements : Superposition de mouvements indépendants dans un référentiel.
Un train se déplace à 100 km/h, un objet est jeté horizontalement à 20 km/h vers l'extérieur
L'objet part à 20 km/h dans la direction horizontale
L'objet a une vitesse horizontale de 100 + 20 = 120 km/h
L'objet suit une parabole avec une vitesse initiale horizontale de 120 km/h
L'objet tombe plus loin que s'il avait été jeté d'un point fixe
La vitesse initiale horizontale s'ajoute à celle du train dans le référentiel terrestre
• Composition des vitesses : Somme vectorielle des composantes
• Chute libre : Verticale dans tous les référentiels
• Conservation : La vitesse horizontale initiale est conservée
Référentiel en chute libre : Référentiel dans lequel les effets de la gravité sont compensés par l'accélération.
La station spatiale est en orbite, soumise à la gravité terrestre
L'astronaute semble flotter, en apesanteur
La station et l'astronaute tombent ensemble vers la Terre
La force centrifuge compense la gravité dans le référentiel en rotation
Expériences en impesanteur, observation de phénomènes physiques
Le référentiel de la station spatiale est un référentiel non galiléen où règne l'apesanteur
• Force apparente : Compensent la gravité dans le référentiel en rotation
• Galiléen vs non galiléen : Dépend de l'état de mouvement du référentiel
• Applications : Compréhension des phénomènes en orbite
