Chapitre 5

MOUVEMENTS ET FORCES

I- DEFINITION DU SYSTEME ETUDIE :

Pour étudier un mouvement, il est nécessaire de préciser le système considéré, c’est-à-dire le corps ou le point choisi pour l’étude.

Lorsque le système est étendu (ex : voiture, bus…)l’étude de son mouvement peut-être complexe, on étudie alors le mouvement d’un point particulier (en général son centre de gravité).

II- NOTION DE REFERENTIEL :

2.1 Définition :

Vidéo

Un référentiel est constitué :

- d’un objet de référence par rapport auquel on repère les positions du système,

- d’une horloge permettant un repérage des dates.

2.2 Relativité du mouvement

Le mouvement d’un objet est relatif à un référentiel

2.3. Exemples de référentiels :

Tout objet peut-être choisi comme référentiel. Cependant, certains sont mieux adaptés que d’autres pour étudier certains mouvements.

· Les référentiels terrestres : il est constitué à partir de n’importe quel objet de référence lié à la Terre et fixe par rapport à celle-ci. C’est le référentiel adapté à l’étude des mouvements sur la Terre. (ex : salle de classe, laboratoire de physique, table immobile….)

· Le référentiel géocentrique : il est constitué par le centre de la Terre. C’est le référentiel adapté à l’étude des mouvements de la lune ou de satellites artificiels.

· Le référentiel héliocentrique : il est constitué par le centre du Soleil. C’est le référentiel adapté à l’étude des mouvements des planètes.

III- TRAJECTOIRE D’UN POINT D’UN SYSTEME :

Vidéo

On appelle trajectoire d’un point de l’objet, l’ensemble des positions successives que ce point occupe au cours du mouvement. La trajectoire dépend du référentiel choisi.

Remarque : On peut observer la trajectoire d’un objet par chronophotographie : technique qui consiste à enregistrer des images successives à intervalle de temps régulier

IV- VITESSE D’UN MOBILE :

4.1. Vitesse moyenne et vitesse instantanée ;

· Vidéo : La vitesse moyenne est égale au quotient de la distance parcourue par le mobile par la durée de déplacement. V_moy = d / t

· La vitesse instantanée d’un mobile est sa vitesse à l’instant où on l’observe.

Exemple : vitesse indiquée par le compteur d’une voiture.

· La vitesse d’un point dépend du référentiel dans lequel son mouvement est étudié.

4.2. Exemples de mouvements : transparent

· Mouvement rectiligne :

Si la trajectoire est une droite, le mouvement est rectiligne.

Si la vitesse ne varie pas le mouvement est uniforme. Si la vitesse augmente, le mouvement est accéléré, si elle diminue il est ralentit.

· Mouvement circulaire :

Si la trajectoire est un cercle, le mouvement est circulaire.

V- MOUVEMENT ET FORCES :

5.1. Les actions mécaniques :

a- Actions de contact :

Exemples : solide posé sur une table ; tirer une corde ; marcher…

b- Actions à distance :

Exemples : action d’un aimant sur une bille d’acier ; action de la Terre sur un objet…

Ces actions s’exercent sans qu’aucun contact ne soit nécessaire.

5.2. Modélisation d’une action par une force :

Vidéo

Une action mécanique est modélisée en physique par une force. La force subit par un système de la part d’un autre est représentée par un vecteur. Les caractéristiques du vecteur force sont : son point d’application, sa direction, son sens et sa valeur qui s’exprime en Newton (N). On mesure la valeur d’une force avec un dynamomètre.

5.3 Effets d’une force sur le mouvement :

On se placera dans le référentiel terrestre.

a- Modification de la valeur de la vitesse :

Expérience : Quand on donne une impulsion à une bille initialement immobile, on exerce une force qui la met en mouvement, sa vitesse est alors modifiée (elle passe d’une valeur nulle à une valeur non nulle). Une force appliquée à un corps peut modifier la valeur de sa vitesse.

b- Modification de la direction du mouvement :

Expérience : En présence de l’aimant, la trajectoire de la bille d’acier est modifiée. L’aimant exerce sur la bille une force appelée force magnétique qui modifie la direction du mouvement de la bille. Une force appliquée à un corps peut modifier la direction de son mouvement.

c- Influence de la masse du corps :

Exemples : Au rugby, il est plus difficile de plaquer un joueur de 120 kg qu’un joueur de 80 kg. Il est plus facile de pousser un chariot vide que plein…

L’effet d’une force sur le mouvement d’un système dépend de la masse du système. Plus la masse est faible, plus l’effet de la force est important.

VI- LE PRINCIPE D’INERTIE :

6.1. Peut-il y avoir mouvement sans forces ?

Exemple : Le curling

· Palet au repos : il est soumis à son poids. Donc son mouvement devrait être modifié. Or il reste immobile. Il existe donc une autre force dont l’effet annule celle du poids : la réaction de la glace sur le palet. On dit que ces deux forces se compensent.

· Palet lancé : il glisse d’un mouvement rectiligne. Sa vitesse diminue et il s’arrête au bout d’un parcourt plus ou moins long. Une force supplémentaire s’exerce au cours du mouvement : la force de frottements exercée par la glace sur le palet dont l’effet se manifeste par la diminution de sa vitesse.

· Comment aller plus loin ? Les joueurs balaient la glace devant le palet pour réduire les forces de frottements qui lui permet d’aller plus loin. Si on pouvait faire totalement disparaître les forces de frottements, le palet aurait un mouvement rectiligne. Il garderait un mouvement alors que les forces qui lui son appliquées se compensent.

6.2. Enoncé du principe d’inertie :

Dans un référentiel terrestre, tout corps persévère dans son état de repos ou de mouvement rectiligne uniforme si les forces qui s’exercent sur lui se compensent.

Un corps soumis à des forces qui se compensent et un corps qui n’est soumis à aucune force ont le même comportement.

Remarques : Ce principe est aussi vrai dans le référentiel géocentrique. Un principe résulte d’observations mais ne se démontre pas.