Mouvements et forces

1. OBJECTIFS :

Les objectifs de ce TP sont : de comprendre comment étudier et décrire un mouvement, et comprendre le lien entre les forces appliquées aux objets et leur mouvement.

1. HYPOTHÈSES : (Que pensez-vous que vous allez faire ? Qu’allez-vous observer, à votre avis ?)

1. MANIPULATIONS :

1. Activité 1 p. 203 : Relativité du mouvement.

Schéma : (pour décrire un mouvement il faut choisir un référentiel (= le solide indéformable choisi comme référence))

a) Trajectoire de la balle selon le référentiel terrestre            b) Trajectoire de la balle selon le référentiel du vélo

                         (La terre ou tout objet fixe sur terre)                                               (Le cadre du vélo est la seule partie fixe indéformable)

[pic 1][pic 2]

1. Observations : Construire les trajectoires (ces questions vous aident à compléter votre schéma)

a) Placez un repère « fixe et indéformable » du paysage sur votre schéma a), puis dessinez la position de la balle à chaque image.

b) Choisissez une partie « fixe et indéformable » du vélo (votre référentiel) et la représenter sur votre schéma b), puis dessinez cette fois-ci la position de la balle par rapport à votre référentiel.

2. Interprétations :

a) La trajectoire vue par le cycliste est la deuxième trajectoire. Cette trajectoire est un segment de droite.

b) Le référentiel utilisé pour décrire le mouvement de la balle par rapport (à l’élément du décor choisi) est le référentiel terrestre (car (l’élément du décor choisi) est fixe par rapport à la terre). Le référentiel utilisé pour décrire le mouvement de la balle par rapport au cadre du vélo est le référentiel du vélo (car le cadre est un élément fixe et indéformable du vélo).

c) Décrire pour les deux cas la forme des trajectoires de la balle et conclure si la forme d’une trajectoire dépend du référentiel choisi pour étudier le mouvement.

Oui, puisque dans le référentiel terrestre (le premier cas) le mouvement de la balle est un arc de courbe/parabole, et un segment de droite dans le référentiel du vélo (le second cas).

d) Représentez sur les schémas la distance parcourue par la balle entre les deux dernières images. Sachant que le temps entre les deux images est la même dans les deux référentiel, conclure si la vitesse dépend du référentiel.

On sait que : Vitesse = distance/temps. La distance parcourue par la balle entre l’image 5 et 6 est plus grande dans le référentiel terrestre que dans celui du vélo. Comme le temps est le même entre les deux images, la vitesse de la balle est donc plus grande dans le référentiel terrestre. La vitesse d’un mouvement dépend donc aussi du référentiel choisi.

e) Le mouvement est plus facile à décrire dans le référentiel du tapis roulant car la trajectoire de la balle est un segment de droite alors que dans le référentiel du couloir de métro elle est un arc de parabole.

f) Quel évènement représente le début de l’étude du mouvement ? Ce moment vous semble-t-il important pour l’étude du mouvement ?

L’étude du mouvement de la balle commence au moment où la balle est lâchée depuis la main du cycliste. Ce moment est important car il défini l’origine du mouvement étudié, appelée l’origine des temps.

3. Conclusions :

Avant d'étudier le mouvement d'un objet, il faut choisir un référentiel (c'est-à-dire par rapport à quel solide fixe et indéformable on étudie le mouvement) car de celui-ci dépendent les formes des trajectoires observées et la vitesse des objets.

Quand le référentiel n'est pas imposé, on choisit celui dans lequel le mouvement est le plus simple à décrire !

Il faut aussi choisir une « origine des temps », c’est-à-dire le moment à partir duquel on commence l’étude du mouvement (appelé origine des temps et représenté par t0).

...