Mouvements et forces
 

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:

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:

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:

c. Trajectoires particulières.

3. Vitesse.

a. Définition.

Dans un référentiel choisi, la vitesse moyenne Vm 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:

b. Unités de mesures.

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

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 Vm=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 = 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:

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:

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

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