Phys. N° 01 Mouvements de Solides. Cours

 

 

 

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I- Généralités.

1)- Notion de système.

2)- Système indéformable et déformable.

II- Relativité du mouvement.

1)- Étude d'un exemple.

2)- Les référentiels.

3)- Le repère d'espace.

III- Instant. Date et durée.

1)- Le repère de temps.

2)- Date et durée.

IV- Trajectoire d'un point mobile.

1)- Définition.

2)- Exemple :

V- Mouvements de systèmes matériels.

1)- Mouvements de translations d'un solide.

2)- Les différents types de translation.

VI- Mouvement de rotation d'un solide autour d'un axe fixe.

1)- Définition.

2)- Propriétés caractéristiques.

VII- Applications.  avec Correction

1)- Exercice : connaissances essentielles

2)- Exercice 12 page 23 :

3)- Exercice 13 page 53 :

4)- Exercice 16 page 23 :

 

 

 

 

I- Généralités.

1)- Notion de système.

*    Un système est un objet ou un ensemble d'objets que l'on distingue de son environnement pour une étude particulière.

2)- Système indéformable et déformable.

*    Un système est indéformable si la distance entre deux quelconque de ses points reste constante au cours du temps.

*    Un système indéformable est aussi appelé solide.

II- Relativité du mouvement.

1)- Étude d'un exemple.

-    Considérons un train de voyageur en mouvement.
-    Dans un wagon, deux voyageurs V1 et V2 sont assis.
-    Sur le quai de la gare deux observateurs O1 et O2 immobiles observent le train partir.
-    Questions :
-    Quel est le mouvement de V1 par rapport à O1 ?
-    Quel est le mouvement de O2 par rapport à V2 ?
-    Quel est le mouvement de V1 par rapport à V2 ?

*    Conséquences : un objet peut être en mouvement par rapport à un observateur et immobile par rapport à un autre. Le mouvement d'un objet est relatif à un objet de référence appelé référentiel.

*    l'objet dont on étudie le mouvement est appelé le mobile et l'objet de référence est appelé le référentiel.

*    Un référentiel est un solide par rapport on étudie le mouvement d'un mobile.

*    Pour décrire le mouvement d'un mobile, il faut indiquer le référentiel d'étude.

2)- Les référentiels.

-    Le référentiel terrestre ou référentiel du laboratoire.
-    On utilise, le plus souvent, comme repère lié au référentiel terrestre, deux axes horizontaux et un axe vertical.
-    Ce référentiel est bien commode pour l’étude du mouvement des objets dans une salle de classe, pour tous les mouvements qui s’effectuent au voisinage de la terre.
-    Si l’expérience est suffisamment courte, on peut considérer que ce référentiel est Galiléen avec une bonne approximation (précision de l’ordre de 10–2 à 10–3).
-    Le référentiel géocentrique.
-    L’origine du repère lié au référentiel Géocentrique est située au centre de la Terre.
-    L’axe z’Oz  est orienté vers une étoile lointaine : on peut choisir l’étoile polaire.
-    Les axes x’Ox et y’Oy sont situés dans le plan équatorial et ils sont orientés vers des étoiles lointaines supposées fixes.
-    Ce référentiel est commode pour l’étude des satellites de la Terre.
-    Ce référentiel n’est pas entraîné dans le mouvement de rotation de la Terre.
-    Dans ce référentiel, la Terre est animée d’un mouvement de rotation uniforme de l’ouest vers l’est, autour de l’axe des pôles.
-     on peut considérer que ce référentiel est Galiléen avec une bonne approximation (précision de l’ordre de 10–3 à 10–4).
-    Le référentiel héliocentrique ou de Copernic.
-    L’origine du repère lié au référentiel Héliocentrique est située au centre du Soleil.
-    Les axes z’Oz, x’Ox et y’Oy sont orthogonaux et ils sont orientés vers des étoiles lointaines supposées fixes.
-    Ce référentiel est commode pour l’étude des satellites du Soleil.
-    Dans ce référentiel, la Terre décrit une orbite elliptique autour du Soleil en une année.
-    on peut considérer que ce référentiel est Galiléen avec une très bonne approximation (précision de l’ordre de 10–10).

3)- Le repère d'espace.

-    Il permet de repérer la position d'un objet.
-    Un point mobile M est repérer grâce à la donnée des coordonnées : M (x, y, z)
-    On associe au point M le vecteur position :
-    .

III- Instant. Date et durée.

1)- Le repère de temps.

-    On peut distinguer deux aspects du temps :
-    L'instant où se produit l'évènement
-    La durée du phénomène qui mesure l'intervalle de temps entre le début et la fin du phénomène.
-    Un repère de temps est l'association :
-    D'un instant origine ou origine des temps que l'on choisit arbitrairement.
-    D'une unité de temps associée à un compteur de temps : le chronomètre ou l'horloge.

2)- Date et durée.

-    Chaque instant est caractérisé par un nombre algébrique t appelé date.
-    Deux évènements ayant lieu à des dates t1 et t2 sont séparés par une durée ou intervalle de temps que l'on note :
-    Δt = t2t1
-    Pour les courtes durées, on utilise la lettre grecque τ.
-    Dans le S.I : l'unité de durée est la seconde symbole s.

1 μs = 10–6 s

1 ms = 10–3 s

1 min = 60 s

1 h = 3600 s

1 j = 86400 s

IV- Trajectoire d'un point mobile.

1)- Définition.

*    Dans un référentiel donné, la trajectoire d'un point mobile est l'ensemble des positions successivement occupées par ce mobile.

2)- Exemple :

-    Pourquoi faut-il préciser le référentiel d'étude ?
-    Exemple : considérons le mouvement d'une roue de bicyclette qui roule sans glisser sur une surface plane et horizontale.
-    Quelle est la trajectoire décrite par la valve par rapport à l'axe de la roue ? La valve décrit un cercle.
-    Quelle est la trajectoire décrite par la valve par rapport à la route ? La valve décrit une cycloïde.

*    La trajectoire d'un point mobile dépend du référentiel d'étude.

V- Mouvements de systèmes matériels.

1)- Mouvements de translations d'un solide.

*    Un solide est en mouvement de translation, par rapport à un référentiel R, si le vecteur défini par deux points quelconques A et B du solide garde la même direction, le même sens et la même valeur au cours du mouvement.

2)- Les différents types de translation.

-    La translation peut être :
-    Rectiligne : chaque point du solide décrit une droite
-    Curviligne : chaque point du solide décrit une courbe (cabine de téléphérique)
-    Circulaire : chaque point du solide décrit un cercle (grande roue).

VI- Mouvement de rotation d'un solide autour d'un axe fixe.

1)- Définition.

*    Un mobile est animé d'un mouvement de rotation autour d'un axe fixe, si tout point du solide reste dans un plan perpendiculaire à cet axe de rotation et à une distance constante de l'axe.

2)- Propriétés caractéristiques.

-    Les points du solide situés sur l'axe de rotation sont immobiles.
-    Les autres points décrivent des arcs de cercle ou des cercles centrés sur l'axe de rotation.
-    Pendant la durée Δt, tous les points du solide tourne du même angle α.

VII- Applications.

1)- Exercice : connaissances essentielles

 

2)- Exercice 12 page 23 :

 

3)- Exercice 13 page 53 :

 

4)- Exercice 16 page 23 :

 

 



 
 

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