Cours de physique niveau seconde – Mouvement et interaction – 1. Décrire un Mouvement
- Qu’est-ce qu’un référentiel ?
- Dans quel cas doit-on choisir un référentiel ?
- Choisir le référentiel le mieux adapté
- Les grandeurs dépendantes du référentiel choisi
- Le référentiel terrestre
- Le référentiel géocentrique
- Le référentiel héliocentrique
Qu’est-ce qu’un référentiel ?
Il peut être constitué:
- d’un solide (il peut s’agir aussi bien d’un simple objet comme une table, que d’un moyen de transport (comme un train ou un bateau) ou même d’un astre (comme une planète)
- d’une partie d’un solide ( l’aiguille d’un horloge, les marche d’un escalator…)
- d’un ensemble de points immobiles les uns par rapport aux autres (en général ce type d’ensemble comporte au minimum quatre points, l’un sert d’origine et les trois autres permettent de définir trois axes par rapport à cette origine)
Il permet de repérer la position d’un système et d’étudier son Mouvement.
Le référentiel peut éventuellement être associé à un repère orthonormé qui permet d’exprimer les coordonnées des points du système.
Dans quel cas doit-on choisir un référentiel ?
Le Mouvement est un phénomène relatif dont les caractéristiques (trajectoire, vitesse…) dépendent du repère choisi par conséquent il est nécessaire choisir choisir un référentiel lors de l’étude:
- d’un Mouvement
- d’une caractéristique liée au Mouvement comme les coordonnées d’un point, une trajectoire, une vitesse mais aussi une énergie cinétique ou une énergie de potentielle de pesanteur (qui dépendent de la vitesse pour la première et de la hauteur pour la seconde)
Il arrive qu’un Mouvement (ou qu’une de ses caractéristiques) soit mentionné ou décrit sans indication du référentiel, dans ce cas celui-ci est implicite et correspond en général au plus évident: le sol (qui coïncide avec le référentiel terrestre). Il est celui auquel on a tendance à se référer naturellement, une personne a tendance à spontanément qualifier d’objet un Mouvement un système dont la position par rapport au sol varie.
Choisir le référentiel le mieux adapté
Pour étudier un Mouvement tout objet peut jouer le rôle de référentiel mais il est cependant préférable de privilégier celui pour lequel la trajectoire du système est la plus simple: une droite, un cercle, une courbe qui peut décrite mathématiquement. Par exemple, pour étudier le Mouvement de la planète Mars il est envisageable de choisir la Terre comme référentiel mais sa trajectoire sera plus simple à décrire en choisissant le Soleil.
Les grandeurs dépendantes du référentiel choisi
Certaine grandeurs peuvent avoir des valeur différentes dans des référentiels différents, c’est en particulier le cas:
- des coordonnées
- de la vitesse
- de l’accélération
- de l’énergie cinétique
- de l’énergie potentielle de pesanteur
- de certaine forces (forces dites d’entrainement, force magnétique)
- des durée (phénomène mis en évidence par Albert Einstein dans le cadre la théorie de la relativité restreinte)
Le référentiel terrestre
Définition
Il s’agit du référentiel prenant la planète Terre comme référence.
Il est solidaire de la planète et suit son Mouvement de rotation. Il adapté à l’étude de Mouvement de faible ampleur comme la chute d’un objet, un jet de projectile, le déplacement d’une voiture etc.
Remarques
- On peut, d’une manière analogue, associer un référentiel solidaire à tout astre: le référentiel lunaire (solidaire de la Lune), le référentiel martien (solidaire de la planète Mars) etc
- Le référentiel terrestre est équivalent à ce que l’on appelle aussi le référentiel du “sol”
Le référentiel géocentrique
Définition
Il s’agit du référentiel constitué du centre de la Terre et de trois étoiles suffisamment lointaines pour être considérées comme fixes entres elle et par rapport au centre terrestre.
Il n’est pas solidaire de la planète Terre dans sa totalité mais uniquement de son centre, il ne suit donc pas son Mouvement de rotation.
Il est adapté à l’étude de Mouvement de grande ampleur dans le voisinage de la Terre comme celui de la Lune ou des satellites artificiels.
Remarque
De manière analogue il est possible définir pour tout astre un référentiel constitué de son centre et de trois étoiles lointaines, on peut ainsi utiliser le référentiel “lunoncentrique”.
Le référentiel héliocentrique
Définition
Il s’agit du référentiel constitué du centre du Soleil et trois étoiles assez lointaines pour être considérées comme fixes.
Il est adapté à l’étude des astres du système solaire en Mouvement autour du Soleil tel que les planètes, les comètes, les astéroïdes.