Décrire un mouvement | Cours de physique-chimie niveau seconde

Cours de physique niveau seconde – Mouvement et interaction – 1. Décrire un Mouvement

Système
Référentiel
Trajectoire
Vecteur déplacement
Vecteur vitesse moyenne
Vecteur vitesse
Mouvement rectiligne

Système

Définition

Le système est l’objet dont on a décidé d’étudier le Mouvement.

Avant de commencer la description d’un Mouvement on précise toujours quel est le système que l’on a choisi d’étudier.

Exemples

Si l’on décide d’étudier le Mouvement d’un ballon alors le système est le ballon.
Si l’on décide d’étudier le Mouvement d’un astéroïde alors le système est l’astéroïde.

Les différents points d’un objet peuvent avoir des mouvements différents, pour simplifier l’étude d’un Mouvement on restreint souvent cette étude à une seul point de l’objet (souvent sont centre).

Voir fiche de cours “Le système“

Référentiel

Définition

Le référentiel est l’objet de référence par rapport auquel on choisit de décrire le Mouvement du système.

Cet “objet de référence peut être:

un objet simple (une table, un train, un avion, un astre)
une personne
un objet définit par un repère (constitué d’un point jouant le rôle d’origine et un système d’axe)

Avant de décire un Mouvement il faut préciser le référentiel choisi.

Il existe quelques référentiels classiques souvent utilisés dont il faut connaître le nom et la définition.

Le référentiel terrestre prend comme référence le sol. On l’utilise pour d’écrire des mouvements de faible ampleur et se déroulant à proximité de la surface terrestre. Par rapport au référentiel terrestre on peut par exemple décrire le Mouvement d’un coureur, d’un ballon, d’un objet en chute libre.
Le référentiel géocentrique correspond au centre de la Terre auquel on associe trois axes pointant dans des directions fixes (il ne suit pas le Mouvement de rotation contrairement au référentiel terrestre). On l’utilise pour décrire des mouvements autour de la Terre comme celui de la Lune, des satellites artificiels, de la station spatiale internationale.
Le référentiel héliocentrique correspond au centre du Soleil auquel on associe un système de trois axes pointant dans des directions fixes. On l’utilise pour décrire des mouvements autours du Soleil comme celui des planètes, des comètes, des astéroïdes, de certaines sondes spatiales.

Le Mouvement d’un système dépend du référentiel que l’on choisit, chaque référentiel correspond en quelques sorte à un point de vue différent.

La trajectoire et la vitesse d’un système peuvent être différents dans des référentiels différents.

Voir fiche de cours “Référentiel“

Trajectoire

Définition

Dans un référentiel donné la trajectoire d’un point correspond à l’ensemble des positions successives occupées au cours du temps par ce point lors de son Mouvement.

Un système comporte en général de nombreux points différents qui n’ont pas nécessairement la même trajectoire, mais dans un soucis de simplification on se limite en général à l’étude du Mouvement d’un seul point (en général le plus facile à décrire).

Il existe certaines trajectoires particulières à connaître.

trajectoire rectiligne: le Mouvement se fait suivant une droite.
trajectoire circulaire: le Mouvement se fait suivant un cercle.
trajectoire curviligne: le Mouvement se fait suivant une courbe.

Voir fiche de cours “Trajectoire d’un système“

Vecteur déplacement

Définition

Lorsqu’en suivant sa trajectoire un point passe d’une position M à une position M’ alors le vecteur correspond au vecteur déplacement de M à M’.

Le Vecteur déplacement :

a pour origine la première position M
a pour extrémité la seconde position M’
a même direction et même sens que le Mouvement
a une norme proportionnelle à la longueur du segment [MM’]

Vecteur déplacement mouvement rectiligne — *Vecteurs déplacement lors d’un Mouvement rectiligne*

Vecteur vitesse moyenne

Lorsque le point d’un système parcourt une trajectoire d’un point initial M vers un point final M’ alors le vecteur vitesse moyenne noté peut être défini par la relation:

où:

est le vecteur déplacement du point M vers le point M’
Δt est la durée (en seconde) mis par le point en Mouvement pour aller du point M au point M’
est le vecteur vitesse moyenne

Le vecteur vitesse moyenne:

a même direction que le segment [MM’] et que le vecteur déplacement
a même sens que le que le segment [MM’] et que le vecteur déplacement
a une longueur proportionnelle à sa norme qui vaut

Remarque

D’après sa définition la direction et le sens du vecteur vitesse moyenne ne dépendent que du point initial et du point final de la trajectoire mais pas du trajet suivi entre les deux.

Vecteur vitesse

Afin de refléter l’évolution de la vitesse tout au long du Mouvement on peut aussi définir le vecteur vitesse pour deux positions successives de la trajectoire. Il s’exprime alors par la relation:

Dans ce cas:

M et M’ représentent deux points successifs de la trajectoire
Δt= t’-t correspond à la durée du trajet du point M au point M’
est le vecteur vitesse

Le vecteur vitesse:

a même direction que le segment [MM’] et que le vecteur déplacement
a même sens que le que le segment [MM’], que le vecteur déplacement et que le Mouvement
a une longueur proportionnelle à sa norme qui vaut

Voir fiche de cours “La vitesse“

Mouvement rectiligne

Par définition on dit qu’un Mouvement est rectiligne si la trajectoire suivie est une droite.

Lors d’un Mouvement rectiligne le vecteur vitesse garde, tout au long du Mouvement, la même direction et le même sens.

On distingue cependant les mouvements rectilignes uniformes et les mouvements rectilignes non uniformes.

Un Mouvement rectiligne est uniforme si le vecteur vitesse est constant: il garde, la même norme et la même longueur pendant tout le Mouvement (en plus de garder la même direction et le même sens).

Un Mouvement rectiligne est non uniforme si la norme (et la longueur) du vecteur vitesse varie au cours du Mouvement.

Lorsque la norme du vecteur vitesse augmente pendant toute la durée du Mouvement alors ce Mouvement est dit accéléré.

Lorsque la norme du vecteur vitesse diminue pendant toute la durée du Mouvement alors ce Mouvement est dit ralenti.