Trajectoire : Ensemble des positions successives d'un objet en mouvement.
- Identifier le référentiel : Intérieur du véhicule
- Déterminer les vitesses relatives : Piéton par rapport au véhicule
- Appliquer la composition des vitesses : Somme vectorielle
Le véhicule se déplace à 60 km/h, un piéton marche à 4 km/h dans le sens opposé
Dans le véhicule, le piéton se déplace à 60 + 4 = 64 km/h
Le piéton semble se rapprocher du véhicule
Dans le sol, le piéton se déplace à 4 km/h dans le sens opposé au véhicule
La vitesse perçue dépend du référentiel d'observation
Dans le référentiel du véhicule, le piéton semble se déplacer à 64 km/h, dans le sens opposé au mouvement du véhicule
• Relativité du mouvement : La vitesse dépend du référentiel choisi
• Composition des vitesses : Somme vectorielle des vitesses relatives
• Repère fixe : Le référentiel fournit un repère pour l'observation
Observateur : Personne ou système qui perçoit le mouvement d'un objet.
Un bus roule à 50 km/h, un passager marche vers l'avant à 3 km/h
Dans le bus, le passager se déplace à 3 km/h vers l'avant
Dans le sol, le passager se déplace à 50 + 3 = 53 km/h
Si le passager marche vers l'arrière à 3 km/h : 50 - 3 = 47 km/h
Le mouvement du passager est relatif au référentiel choisi
Le passager se déplace à 3 km/h dans le bus, mais à 53 km/h par rapport au sol
• Relativité : Même objet peut avoir des vitesses différentes selon le référentiel
• Observateur : Influence sur la perception du mouvement
• Coordonnées : Dépendent du système de référence choisi
Mouvement composé : Combinaison de mouvements indépendants dans un référentiel.
Un train roule à 80 km/h, une balle est lancée verticalement à 10 km/h
Dans le train, la balle monte et descend verticalement
Dans le sol, la balle suit une trajectoire parabolique
La balle conserve la vitesse horizontale du train (80 km/h)
La balle retombe au même point dans le train mais parcourt une distance dans le sol
La trajectoire de la balle est verticale dans le train mais parabolique dans le sol
• Indépendance des mouvements : Horizontal et vertical sont indépendants
• Conservation de la vitesse horizontale : La balle garde la vitesse du train
• Relativité : Même phénomène physique, descriptions différentes
Principe d'inertie : Un objet conserve son état de mouvement en l'absence de force.
Un bateau se déplace à 25 km/h, un objet est lâché du pont
Dans le bateau, l'objet tombe verticalement
Dans le sol, l'objet a une trajectoire parabolique
L'objet conserve la vitesse horizontale du bateau (25 km/h)
L'objet tombe verticalement dans le bateau mais suit une parabole dans le sol
L'objet tombe au pied du bateau mais parcourt une distance horizontale dans le sol
• Principe d'inertie : L'objet conserve sa vitesse horizontale
• Chute libre : Mouvement vertical indépendant du mouvement horizontal
• Relativité : Même phénomène, descriptions différentes selon le référentiel
Mouvement ondulatoire : Propagation d'une perturbation sans transport de matière.
Un baigneur observe des vagues se propager à la surface de l'eau
Les vagues se déplacent par rapport au rivage
Les particules d'eau oscillent verticalement mais ne se déplacent pas horizontalement
Le baigneur voit les crêtes des vagues se déplacer vers lui
Le mouvement observé est la propagation de l'énergie, pas des particules
Le baigneur observe la propagation des vagues, pas le déplacement des particules d'eau
• Propagation vs transport : L'onde propage l'énergie, pas la matière
• Observation : Dépend de la position de l'observateur
• Relativité : Même phénomène, descriptions différentes selon le point de vue
Trajectoire rectiligne uniforme : Mouvement en ligne droite à vitesse constante.
Un avion vole à 900 km/h en ligne droite à altitude constante
L'avion suit une trajectoire rectiligne à vitesse constante
Voit l'avion se déplacer avec une vitesse constante
L'accélération est nulle dans un mouvement rectiligne uniforme
Les forces se compensent (poids = portance, traction = traînée)
L'avion a un mouvement rectiligne uniforme par rapport au sol
• MRU : Vitesse constante, accélération nulle
• Forces : Se compensent dans un mouvement uniforme
• Observation : Dépend du référentiel choisi
Mouvement circulaire uniforme : Trajectoire circulaire à vitesse constante.
La Lune semble tourner autour de la Terre en environ 27.3 jours
Quasi-circulaire avec un rayon moyen de 384 400 km
v = 2πr/T = 2π×384400/27.3 ≈ 1.02 km/s
Accélération centripète dirigée vers la Terre
Force gravitationnelle Terre-Lune = force centripète
La Lune a un mouvement quasi-circulaire uniforme autour de la Terre
• MCU : Vitesse constante, trajectoire circulaire
• Accélération : Centripète, dirigée vers le centre
• Force : Gravitationnelle, fournit l'accélération centripète
Satellite géostationnaire : Satellite en orbite équatoriale avec période de 24h.
Un satellite est placé à 35 786 km d'altitude sur l'équateur
T = 24h, même que la rotation terrestre
Le satellite semble immobile par rapport à un point fixe sur Terre
Le satellite tourne autour de la Terre
Télécommunications, météo, observation
Le satellite géostationnaire semble immobile dans le référentiel terrestre
• Relativité : Mouvement dépend du référentiel d'observation
• Applications : Télécommunications, météorologie, observation
• Orbite : Équatoriale, circulaire, période de 24h
Mouvement parabolique : Combinaison d'un mouvement horizontal uniforme et vertical uniformément varié.
Un train roule à 100 km/h, un objet est lancé horizontalement à 20 km/h
L'objet part avec une vitesse horizontale de 20 km/h
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 lancé d'un point fixe
La vitesse horizontale initiale s'ajoute à celle du train dans le référentiel terrestre
• Composition des mouvements : Horizontal uniforme, vertical uniformément varié
• Conservation : La vitesse horizontale initiale est conservée
• Relativité : Le mouvement dépend du référentiel choisi
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 oscille normalement (référentiel galiléen)
Dans le sol, le pendule se déplace avec le métro mais oscille de la même manière
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
