PHYSIQUE
MOUVEMENTS ET FORCES
Objectifs : comprendre les 3 principaux concepts des forces et mouvements
Sommaire
Relativité du mouvement
a – Systèmes et référentiels
DÉFINITION : Le système est l’objet dont on étudie le mouvement. Le référentiel est l’objet de référence par rapport auquel on étudie le mouvement d’un autre objet
EXEMPLE : On étudie une voiture (système) par rapport à la route (référentiel).
b – Référentiels particuliers
Référentiel terrestre : Le référentiel terrestre est le référentiel le plus couramment utilisé, dans lequel on considère la surface de la Terre comme immobile. C’est le référentiel par défaut pour étudier le mouvement des objets sur la Terre.
Référentiel géocentrique : Le référentiel géocentrique est un référentiel dans lequel la Terre est considérée comme immobile et le mouvement des objets est étudié par rapport à elle. Ce référentiel est souvent utilisé pour étudier le mouvement des objets dans l’espace, tels que les satellites artificiels.
Référentiel héliocentrique : Le référentiel héliocentrique est un référentiel dans lequel le Soleil est considéré comme immobile et le mouvement des objets est étudié par rapport à lui. Ce référentiel est utilisé pour étudier le mouvement des planètes, des comètes et d’autres objets célestes dans le système solaire.
Caractéristiques d’un mouvement
a – Trajectoires et ses différents types
DÉFINITION : Courbe formée par l’ensemble des positions successives occupées par ce point pendant le mouvement
| TYPES DE TRAJECTOIRE | CARACTÉRISTIQUES | SCHÉMA |
| Trajectoire rectiligne | La trajectoire est droite |  |
| Trajectoire circulaire | La trajectoire est circulaire et uniforme, l’objet décrit une boucle régulière autour d’un point central |  |
| Trajectoire parabolique | La trajectoire est une courbe parabolique, l’objet suit une trajectoire symétrique par rapport à un point de départ et d’arrivée |  |
| Trajectoire elliptique | La trajectoire est une courbe elliptique, l’objet suit une orbite autour d’un corps céleste de manière excentrée |  |
| Trajectoire aléatoire/curviligne | L’objet se déplace de manière aléatoire sans suivre de modèle ou de motif régulier |  |
b – Vitesse
DÉFINITION : Rapidité à laquelle un objet se déplace, mesurée en distance parcourue par unité de temps
UNITÉ : m/s
FORMULE VITESSE MOYENNE (instant donné) :
| Vmoy = d/Δt |
EXEMPLE : Si un objet parcourt une distance de 100 mètres en 20 secondes, sa vitesse moyenne serait de : Vmoy = d/Δt = 100 m/20 s = 5 m/s
FORMULE VITESSE INSTANTANÉE (instant précis) : en calculant la vitesse moyenne de 2 positions successives
| V = MiMi+1/Δt |
EXEMPLE : Si un objet se déplace à 10 m/s pendant 5 secondes, sa vitesse moyenne sera de 2 m/s. Cependant, à un instant précis pendant ces 5 secondes, sa vitesse peut être différente de 2 m/s. La vitesse instantanée nous donnera alors la mesure exacte de la vitesse à ce moment-là.
c – Événement
DÉFINITION : Tout ce qui se produit à un moment donné et en un lieu donné, on lui associe une origine des instants t0 = instant initial
d – Durée
DÉFINITION : La quantité de temps entre deux événements mesuré en seconde
FORMULE :
| Δt = t2 – t1 |
Modéliser une action sur un système
a – Principe d’inertie
DÉFINITION : Tout corps persévère dans son état de repos ou de mouvement rectiligne uniforme tant qu’il n’est pas soumis à une force nette non nulle.
- Le principe d’inertie est le premier principe de la mécanique de Newton.
b – Modélisation des forces
DÉFINITION : Une force est un effet capable de modifier l’état de mouvement d’un corps.
UNITÉ : newtons (N) et se notent avec un vecteur en gras.
- Les forces peuvent être modélisées par des vecteurs de forces qui prennent en compte leur direction, leur intensité et leur sens.
c – Études de cas : i – mouvement horizontal d’un objet
Un objet posé sur une surface horizontale sans frottement est soumis à la force de la gravité et à la force normale exercée par la surface.
- Si l’objet est immobile, les forces sont en équilibre et la somme des forces est nulle.
- Si l’on applique une force externe sur l’objet, la somme des forces n’est plus nulle et l’objet se met en mouvement.
c – Études de cas : ii – chute libre d’un objet
Un objet en chute libre subit la force de la gravité qui est égale à son poids.
- En absence de frottements : accélère à une vitesse de 9,81 m/s²
- En présence d’air : la force de frottement peut s’opposer à la force de la gravité et modifier la vitesse de chute de l’objet
d – Conclusion
Le principe d’inertie = comment les forces agissent sur les objets en mouvement.
La modélisation des forces = calculer les effets de ces forces sur le mouvement des objets.
L’étude de cas = comprendre les applications pratiques du principe d’inertie et de la modélisation des forces.