TP U5 LE MOUVEMENT DES ASTRES DANS L'UNIVERS ...

TP U5
LE MOUVEMENT DES ASTRES DANS L’UNIVERS
RELATIVITE DU MOUVEMENT
Objectifs :
Observer le mouvement d’astres par rapport à d’autres
Comprendre la notion de relativité du mouvement d’un objet
I. LA RELATIVITE DU MOUVEMENT
On étudie les deux scènes suivantes :
Doc.1 : Paul et Sophie sont sur un tapis roulant qui avance de 0,8
mètres par secondes. Ils passent devant Emilie qui observe un plan
Doc.2 : Paul avance sue le tapis roulant, dans le sens de la marche
en faisant un pas par seconde. Chacun de ses pas mesure 0,8 m
1. Etude du document 1
1) Paul est-il en mouvement par rapport à Sophie ?
2) Paul est-il en mouvement par rapport à Emilie ?
3) Emilie est-elle en mouvement par rapport à Paul ?
4) Par rapport à quel observateur la vitesse du tapis est-elle donnée ?
2. Etude du document 2
1) Quelle est la vitesse de Paul par rapport à Sophie ?
2) Quelle est la vitesse de Paul par rapport à Emilie ?
3) Quelle serait la vitesse de Paul par rapport à Emilie s’il marchait dans le sens inverse du mouvement du tapis ?
3. Exploitation
On appelle système d’étude l’objet dont on étudie le mouvement et référentiel d’étude l’objet par rapport auquel on étudie le mouvement du
système. Donner dans chaque cas le système étudié et le référentiel
Cas Système Référentiel
1. 1)
1. 2)
1. 3)
II. CONSTRUCTION DE TRAJECTOIRE
Un cycliste, roulant à vitesse constante laisse tomber une balle. La scène est photographiée à intervalle de temps régulier sur le document
1. Travail à effectuer
Décalquer soigneusement l'arbre en arrière plan sur la première image, ainsi que le centre de la balle
Déplacer le calque sur la deuxième image, superposer l'arbre et reporter la nouvelle position de la balle
Répéter l’opération pour chaque image. On obtient la trajectoire de la balle n°1
Sur un autre morceau de calque, décalquer le cadre du vélo sur la première image, ainsi que la première position de la balle
Déplacer le calque sur la deuxième image, superposer le cadre du vélo et reporter la nouvelle position de la balle
Répéter l’opération pour chaque image. On obtient la trajectoire de la balle n°2
1

2. Exploitation
1) Quel est le système étudié ?
2) Quelle est la trajectoire du système par rapport à l'arbre ?
3) Quelle est la trajectoire du système par rapport au vélo ?
4) La trajectoire du système dépend-elle de la référence choisie, l'arbre ou le vélo ?
5) Dans les 2 référentiels, que peut-on dire du point de chute du système par rapport au point d’où elle a été lâchée ?
III. CALCULS DE VITESSE ET DESCRIPTION DE MOUVEMENT
Vous trouverez ci-dessous trois chronophotographies différentes d’un mobile en mouvement. On rappelle qu’une chronophotographie
représente les positions successives occupées par le centre de gravité d’un objet en mouvement à intervalle de temps régulier.
Doc 1 Doc 2 Doc 3
Donnée : L’intervalle de temps entre deux points successifs est : t = 40ms
1) Déterminer la vitesse moyenne du mobile V lors de son mouvement pour ces trois enregistrements.
2) Déterminer la vitesse instantanée en v(A2) puis v(A5) pour ces trois enregistrements.
3) Quelle conclusion peut-on en tirer sur l’évolution de la vitesse dans ces différents cas ?
4) Dans chaque cas, quelle est la trajectoire du mobile ?
5) En déduire la nature du mouvement du mobile pour ces trois enregistrements.
2

IV. MOUVEMENT DE LA PLANETE MARS
Nous allons à présent étudier le mouvement de la planète Mars par rapport au Soleil, puis par rapport à la Terre
1. Mouvement par rapport au Soleil
a. Manipulation
Ouvrir le logiciel « Celestia », (logiciel gratuit téléchargeable sur http://celestia-win.softonic.fr/)
Centrer l’écran sur le Soleil (touche H, C, puis F du clavier)
Visualiser les orbites des planètes du dessus (SHIFT + → ou ↑ ou↓ ou ←)
Eloigner jusqu’à observer l’orbite de Mars (touche Fin ou début pour se rapprocher)
Mettre le temps en pause avec la barre d’espace
Repérer la position de Mars. Accélérer le défilement du temps avec la touche L (appuyer 6 fois pour une accélération 1000000).
Lorsque Mars est revenu à sa position initiale, mettre en pause et noter la date Tf =
b. Exploitation
1) Quel est le référentiel d’étude ?
2) Quelle est la forme de la trajectoire de Mars autour du Soleil ?
3) Les planètes tournent-elles toutes à la même vitesse autour du Soleil ?
4) Combien de temps Mars a-t-elle mis pour effectuer un tour autour du Soleil ?
5) Comment peut-on appeler ce temps ?
2. Mouvement autour de la Terre
a. Manipulation
Dans le menu navigation sélectionner la terre comme objet
Centrer l’écran sur la Terre à l’aide de la touche C, et appuyer sur la touche F pour que la Terre reste immobile
Eloigner à l’aide de la touche Fin, jusqu’à vous situer à une distance d’environ 8 u.a. de la Terre. Mettre en pause (barre espace)
Dans le menu temps, régler la date au 01/01/2012 (flèches clavier)
Faire défiler le temps ( 1000000) jusqu’à ce que Mars reprenne sa position initiale. Noter cette date TM =
b. Exploitation
1) Quel est le référentiel d’étude ?
2) La trajectoire de Mars par rapport à la Terre est elle circulaire ? La distance Terre-Mars est-elle constante ?
3) Que semble faire Mars jusqu’en avril 2014 ? Puis ensuite ?
4) Reproduire approximativement la trajectoire de Mars par rapport à la Terre
5) Pourquoi parle-t-on de mouvement rétrograde ?
6) Quelle est la durée de la révolution de Mars autour de la Terre ?
7) Justifier le terme employé dans l’antiquité pour qualifier les planètes « astre errant »
V. CONCLUSION
1) Pour un même astre, le mouvement est-il toujours le même ? De quoi dépend-il ?
2) Pourquoi parle-t-on de relativité du mouvement ?
3) Que doit-on préciser lorsqu’on décrit le mouvement d’un astre ?
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