II. Principe d'inertie

Physique B : CHAPITRE 2 : cours prof 2nde. L'Univers en mouvement et le temps . Principe d'inertie. mercredi 30 janvier 2008. Objectifs : Énoncer le principe d' inertie et l'utiliser pour interpréter en terme de force la chute des corps sur Terre. Connaître et utiliser la loi de la Gravitation Universelle.


un extrait du document

Objectifs : Analyser grâce à des exemples la notion de relativité du mouvement. Énoncer le principe d’inertie et l’utiliser pour interpréter en terme de force la chute des corps sur Terre. Connaître et utiliser la loi de la Gravitation Universelle.
Relativité du mouvement
Système et référentiel
Pour étudier un mouvement, il est nécessaire de définir le système étudié, c’est-à-dire le corps (ou objet) que l’on observe.
AE : étude d’image : l’Escalator.
Photocopies escalator
Définition : Pour décrire le mouvement d’un système, on doit d’abord définir un référentiel constitué : - d’un solide de référence par rapport auquel on mesure les positions du système - d’une horloge permettant de repérer les dates.
Nous étudierons les horloges dans un chapitre ultérieur.
Définition : Tout solide fixe par rapport à la Terre est un référentiel terrestre. Il peut servir de référence pour étudier le mouvement d’un objet sur Terre.
Exemple : Le bureau de la salle de classe est un référentiel terrestre.
Remarque : On choisit parfois un référentiel qui n’est pas fixe par rapport à la Terre (exemple : un train) pour étudier les mouvements d’un systèmes dans ce référentiel.
Trajectoire d’un système
Définition : La trajectoire d’un point est l’ensemble des positions successives occupées par ce point au cours du temps dans un référentiel donné.
Pour étudier la trajectoire d’un système, on trace sa position à différents instants.
Si un système est petit par rapport à l’étendue de son mouvement, on peut l’assimiler à un point (exemple : mouvement d’une bille ou mouvement d’une étoile vue de la Terre). Si le système est plus grand, on étudiera alors le mouvement d’un point particulier du système.
Définition : Un mouvement est rectiligne si la trajectoire du système est une droite. Un mouvement est circulaire si la trajectoire du système est un cercle. Un mouvement est curviligne si la trajectoire du système est une courbe quelconque.
Remarque : La trajectoire d’un point dépend du référentiel choisi pour étudier ce point.
Étude du mouvement d’une planète vu de la Terre
voir TP activité sur la rétrogradation de Mars.
Référentiel de Copernic
Définition : Le référentiel héliocentrique (aussi appelé référentiel de Copernic) est constitué par le Soleil associé à trois axes pointant dans la direction d’étoiles très lointaines. Il peut servir de référence pour étudier le mouvement des planètes et des comètes autour du Soleil.

Référentiel géocentrique
Définition : Le référentiel géocentrique est le globe terrestre privé de son mouvement de rotation journalier, il est constitué par le centre de la Terre associé à trois axes pointant dans la direction d’étoiles très lointaines. Il peut servir de référence pour étudier le mouvement de satellites autour de la Terre.
Remarque : Ce référentiel a un mouvement de translation circulaire autour du référentiel de Copernic.
AE : étude de document : Texte historique sur la notion de mouvement : Dialogue sur les deux grand systèmes du monde (Galilée). Lecture du dialogue + questions.
Photocopie du texte à distribuer à l’avance.
Vitesse d’un système
Définition : La vitesse moyenne v d’un point est égale au quotient de la distance d parcourue entre deux positions par la durée t du déplacement entre ces deux positions dans un référentiel donné.  EMBED Equation.3 

Remarque : Si la distance est exprimée en km et la durée en heure, la vitesse moyenne s’exprimera en km/h.
Définition : Un mouvement est uniforme si la vitesse du système est constante. Un mouvement est accéléré si la vitesse augmente, retardé si elle diminue.
AE : TP mesure de vitesses.
Exercice : Un train part de Paris à 12h45min et arrive à Strasbourg à 15h00 min. Ces deux villes sont distantes de 400 km.
Données : rayon du parallèle terrestre passant par Paris et Strasbourg RT H" 4600 km. On considère que l’axe Paris-Strasbourg est orienté Ouest-Est.
Calculer la durée du trajet exprimée en secondes.
Calculer la vitesse moyenne de ce train sur ce parcours (en mètres par secondes) dans le référentiel du train.
Même question dans le référentiel terrestre.
Même question dans le référentiel géocentrique.
Corrigé :
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 EMBED Equation.3 , avec : d = 650000 m et t = 8100 s, soit vtrain terrestre = 80,2 m/s (ou d = 650 km et t = 2,25 h, soit vtrain terrestre = 289 km/h)
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( Devoirs : ex 11 p.67
Action mécanique
Interactions entre deux systèmes
AE : Donner quelques exemples d’actions connues en précisant l’auteur (celui qui exerce l’action) et le receveur (celui qui subit l’action).
Une action mécanique peut déformer un système, modifier sa trajectoire ou modifier sa vitesse.
Une action nécessite un acteur et un receveur. Celui qui est affecté par l’action est le receveur. L’action s’exerce sur lui.
MP : deux voiturettes dont une très lourde accrochées à deux ressorts longs identiques.
AP : Tendre les ressorts. Une voiturette va-t-elle être accélérée plus que l’autre ?
Remarque : L’effet d’une action sur un système dépend de la masse de ce système : plus la masse est importante, moins la force a d’effet.
Exemples : Au rugby, il est plus difficile de plaquer un joueur de 120 kg qu’un joueur de 80 kg. Exemple : Si on exerce la même force pour lancer un ballon de foot ou une boule de bowling (jeu de quilles), le ballon de foot sera lancé plus loin car il est plus léger.
Caractéristiques d’une action
AP : expérience voiturette sur un plan incliné
Voiturette, planche, support, gros dynamomètre circulaire
Définition : Une action mécanique exercée par un objet (acteur) sur un autre objet (receveur) peut être modélisée par un segment fléché appelé force. Une force est caractérisée par : - son point d’application - sa direction - son sens – sa valeur (ou intensité de la force)exprimée en Newton. Le symbole d’une force est  EMBED Equation.3 
Remarque : L’intensité d’une force se mesure à l’aide d’un dynamomètre. L’unité d’intensité de la force est le Newton (symbole : N). La longueur du segment fléché représentant la force est proportionnelle à l’intensité de la force.
Exemple : Modéliser la force exercée par le fil sur le traîneau.







Schéma classique Schéma éclaté
Remarque: Un schéma éclaté est un schéma dans lequel on a volontairement séparé les différents objets qui agissent l’un sur l’autre. Le point d’application de la force est placé sur l’objet qui subit cette force.
Remarque : Une action ne peut modifier la vitesse d’un système que dans la direction dans laquelle elle s’exerce.
Remarque : On représente le point d’application sur le receveur, car cela nous permet de prévoir l’effet de l’action (mouvement ou déformation) sur cet objet.
Principe d’inertie
Tout mouvement a-t-il une cause ?
voir T.P : mouvement d’un palet su coussin d’air.
AE : étude de document : Le principe d’inertie. Textes historiques sur le principe d’inertie (Aristote , Galilée, Gallieni).
Conclusion : Une force n’est pas toujours nécessaire pour entretenir un mouvement.

Principe d’inertie
voir documents 7 et 8 p.60 du livre : Au moment d’une collision de voiture, le passager tend à poursuivre son mouvement rectiligne uniforme, (sauf si une ceinture de sécurité exerce sur lui une force contraire).
Définition : Principe d’inertie : Dans un référentiel galiléen, tout corps persévère dans son état de repos ou de mouvement rectiligne uniforme si les forces qui s’exercent sur lui se compensent.
Remarque : Il est équivalent de dire « un corps qui n’est soumis à aucune force » et « un corps soumis à des forces qui se compensent ».

Le principe d’inertie dans différents référentiels
AP : DVD sur le principe d’inertie.
Qu’est-ce qu’un référentiel galiléen ? Un référentiel où le principe d’inertie est vérifié expérimentalement. Si un référentiel est galiléen, tous les référentiels qui sont en translation rectiligne uniforme par rapport à lui sont galiléens.
AE : Quel sera le mouvement d’un objet soumis à deux forces opposées dans un référentiel galiléen ?
Que se passe-t-il si on observe le mouvement de cet objet dans un autre référentiel ?
Si l’autre référentiel est aussi galiléen, le mouvement sera aussi rectiligne uniforme mais pas avec la même vitesse. S’il n’est pas galiléen, on peut avoir un mouvement non rectiligne ou non uniforme.
Si on choisit un référentiel qui suit l’objet, ce référentiel est galiléen. Dans ce référentiel, l’objet sera immobile : l’immobilité est donc un cas particulier du mouvement rectiligne uniforme.

Devoirs : exercices n°15 et 16 p.67.








Physique B :CHAPITRE 2 : cours prof 2ndeL’Univers en mouvement et le tempsMouvements et forces TIME \@ "dddd d MMMM yyyy" jeudi 4 janvier 2007 

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 EMBED Equation.3 

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Mouvement de la Lune
Exercice : À l aide de l ensemble des connaissances acquises dans ce chapitre proposer une explication du mouvement de la Lune autour de la Terre.
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vendredi 23 mars 20071

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jeudi 22 mars 20074
L objet est-il en mouvement rectiligne et uniforme
La résultante des forces est-elle nulle ?
Le référentiel est-il galiléen ?


Mouvement de la Lune
Exercice : À l aide de l ensemble des connaissances acquises dans ce chapitre proposer une explication du mouvement de la Lune autour de la Terre.
AE : Réflexion individuelle, puis discussion à quatre, (rédaction de la réponse sur affiche ?), puis bilan au tableau.
Joker (en cas de difficultés) : Dans quel référentiel allez-vous vous placer pour étudier ce mouvement ? La Lune est-elle soumise à une (ou des) force(s) ? Si oui, laquelle (ou lesquelles) ? Le principe d inertie s applique-t-il à la Lune ? Dans quelle direction et quel sens agit cette force ? Comment cette force modifie-t-elle la vitesse de la Lune ?
Corrigé : La Lune est soumise à une force centrale.
Exercice : Un dépanneur du télescope Hubble travaille, attaché à sa capsule spatiale en orbite autour de la Terre. Son tournevis lui échappe. Quelle trajectoire décrit ensuite ce tournevis par rapport à la Terre ?





vendredi 23 mars 20075

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