mouvements et forces

Mouvements et forces(cours de physique classe de seconde)



I. Relativité du mouvement.



1. Examen d'une situation problème.

Examinons la situation schématisée ci-dessous:









A la question "Quel est le mouvement
du passager B?", il est possible d'apporter plusieurs réponses
aussi valables les unes que les autres. Par exemple:

• Le passager B est immobile par rapport au bus.
  
• Le passager B se déplace suivant une droite par
  rapport au trottoir.
  

La notion de mouvement est donc relative
à l'objet par rapport
auquel on l'étudie.

2. Notion de référentiel.

a. Définition.

Un référentiel est un corps par
rapport auquel on étudie le mouvement d'autres corps.

b. Exemples.

Dans la situation examinée plus haut, deux référentiels
sont utilisés.
Le référentiel Bus et le référentiel
Trottoir.

c. Remarque.

La description d'un mouvement est la même par rapport à
un référentiel et par rapport à tout corps immobile dans
ce même référentiel.
Par exemple le mouvement de B est
le même par rapport à A ou par rapport au chauffeur (A et le chauffeur
étant immobiles dans le même référentiel Bus).

d. Choix du référentiel.

Le choix d'un référentiel semble assez arbitraire.
A priori tout corps peut servir de référentiel. L'étude
ultérieure des lois physiques régissant les mouvement des corps
montrent qu'il existe des référentiels mieux adaptés que
d'autres, c'est à dire des référentiels dans lesquels les
descriptions de mouvements et les lois physiques mises en jeu sont plus simples.
Parmi ceux-ci citons:

• Le référentiel terrestre: c'est le référentiel
  constitué par la Terre (ou par tout ce qui est fixe par rapport à
  la Terre). Ce qu'on appelle couramment le référentiel
  du laboratoire en fait partie. Ce référentiel est bien
  adapté à l'étude des mouvements de courte durée
  des objets sur la Terre.
  
• Le référentiel géocentrique: c'est le référentiel
  constitué par un corps solide fictif, de même dimensions et
  de même centre que la Terre mais ne tournant pas sur lui-même.
  Ce référentiel est bien adapté à l'étude
  du mouvement de la Lune et des satellites de la Terre.
  

II. Caractéristiques d'un mouvement.



1. Remarques.

L'étude du mouvement d'un corps quelconque peut s'avérer
très compliquée. Nous nous limiterons, dans un premier temps,
à l'étude du mouvement de corps de petites dimensions que nous
appellerons points mobiles.

Faire l'étude du mouvement d'un
point mobile consiste à rechercher deux
types d'informations: une information sur la trajectoire
du point mobile d'une part et une information sur la rapidité avec laquelle
cette trajectoire est parcourue. C'est ce qu'on appelle la vitesse.

Le mouvement étant relatif au référentiel
choisi, les deux informations, trajectoire et vitesse, que nous recherchons
dépendent aussi du référentiel. Il est
donc indispensable de préciser le référentiel choisi avant
de rechercher la trajectoire et la vitesse d'un mobile.

2. Trajectoire.

a. Définition.

La trajectoire d'un point mobile est l'ensemble des positions
occupées par ce point au cours du mouvement.

b. Exemples.

Considérons le mouvement
d'une valve sur la jante d'une
roue de vélo lorsque celle-ci roule, sans glisser, sur une route horizontale.
La situation est schématisée ci-dessous:









La trajectoire
de la valve est représentée:

• en vert par rapport au moyeux
  (référentiel axe de la roue)
  
• en rouge par rapport à
  la Terre (référentiel terrestre).
  

c. Trajectoires particulières.

• Si l'ensemble des positions successives
  du point mobile au cours du mouvement se situe sur un cercle ou sur un arc
  de cercle on dit que le mouvement est circulaire.
  

• Si l'ensemble des positions successives
  du point mobile au cours du mouvement se situe sur une droite on dit que
  le mouvement est rectiligne.
  

• Si l'ensemble des positions successives
  du point mobile au cours du mouvement se situe sur une courbe quelconque
  on dit que le mouvement est curviligne.
  

3. Vitesse.

a. Définition.

Dans un référentiel
choisi, la vitesse moyenne V_m d'un
point mobile est le rapport entre la distance d parcourue
par le point mobile et la durée Dt du déplacement. L'expression littérale
de cette vitesse moyenne est donc:

Vm	=	d
		Dt

b. Unités de mesures.

Les unités du système international de mesures
(S.I) sont:

• Le mètre (m) pour les distances d.
  
• La seconde (s) pour les durées (intervalles de temps) Dt.
  
• Le mètre par seconde
  (m/s ou m.s^-1) pour les vitesses V_m.
  

On utilise aussi fréquemment le kilomètre par heure
(km/h ou km.h^-1). Il est alors nécessaire de savoir passer
(convertir) d'un système d'unités à l'autre.

Exemple: Soit une vitesse V_m=36km/h à
exprimer en mètre par seconde. On écrira :

d=36km=36.10³m. et Dt=1h=3600s.
En reprenant la relation de définition de la vitesse on a:

Vm = 36.103 3600

<=>

Vm = 10m.s-1

c. Importance du référentiel.

Dans l'exemple des personnages dans le Bus, la vitesse de B
par rapport à A est nulle, alors que la vitesse de B par
rapport à C (la Terre) n'est pas nulle.

d. Direction et sens de la vitesse.

On convient d'attribuer, de façon logique, à la
vitesse le même sens et la même direction que ceux du mouvement
qu'elle caractérise.

e. Mouvements particuliers.

Considérons le document suivant. Il a été
obtenu en enregistrant, à l'aide d'un dispositif approprié, les
positions d'un point d'un solide, à intervalles de temps égaux,
au cours de son movement relativement à la Terre.



On observe plusieurs phases au cours de ce mouvement:

• De la position 0 à la position 4, le point mobile parcourt des
  distances de plus en plus grandes pendant des intervalles de temps égaux.
  Le mobile va donc de plus en plus vite. Sa vitesse augmente.
  On dit que le mouvement est accéléré.
  
• De la position 4 à la position 8, le point mobile parcourt des
  distances égales pendant des intervalles de temps égaux. Sa vitesse ne change pas, elle est constante. On dit
  que le mouvement est uniforme.
  
• De la position 8 à la position 12, le point mobile parcourt des
  distances de plus en plus petites pendant des intervalles de temps égaux.
  Le mobile va donc de moins en moins vite. Sa vitesse
  diminue. On dit que le mouvement est retardé.
  

III. Mouvement et force.



1. Action et force.

En physique une action (le fait d'agir)
est modélisée, c'est à dire représentée,
par une force. Celle-ci est caractérisée
par sa direction, son sens
et sa valeur. On la représente par une flèche
(nous dirons plus tard un vecteur) dont la direction et le sens sont ceux de
l'action et dont la longueur dépend de la valeur de la force c'est-à
dire de l'intensité de l'action (plus la valeur de la force est grande
plus la flèche représentant cette force est grande).

Sur le schéma ci-contre, le personnage A exerce sur le
sac une action pour qu'il ne tombe pas. Cette action est modélisée
par une force verticale, dirigée vers le haut, représentée
par une flèche de même direction et de même sens. Sa soeur
jumelle porte un sac plus lourd, la flèche est plus longue mais la direction
et le sens sont les mêmes.

2. Action et mouvement.

Le mouvement d'un corps peut être influencé de deux
manières par une action mécanique. L'application d'une force (qui
représente une action) peut se manifester par:

• Modification de la trajectoire.
  
• Modification de la vitesse.
  

Des exemples serons étudiés dans les prochains
chapitres mais dès à présent vous pouvez en chercher.



source: http://www.web-sciences.com/fiches2d/fiche8/fiche8.php