MOUVEMENTS Qu'est-ce qu'un mouvement ? - IES Drago
MOUVEMENTS Qu'est-ce qu'un mouvement ? - IES Drago
MOUVEMENTS Qu'est-ce qu'un mouvement ? - IES Drago
Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
Mouvements<br />
Qu’est-<strong>ce</strong> qu’un <strong>mouvement</strong> ?<br />
<strong>MOUVEMENTS</strong><br />
Le voyageur<br />
est ______<br />
_________<br />
Je suis __<br />
________<br />
RENNES<br />
L’homme assis dans le train a l’impression d’être immobile. L’homme qui est sur le<br />
quai dit que le voyageur est en <strong>mouvement</strong>.<br />
Qui a raison ?<br />
Yout dépend du point auquel on se rapporte. Le voyageur est immobile par rapport au<br />
train mais en <strong>mouvement</strong> par rapport à la gare.<br />
Nous appelons le train ou la gare objet de référen<strong>ce</strong> ou référentiel. L’objet qui se<br />
dépla<strong>ce</strong> est appelé mobile.<br />
1. Quel est le référentiel habituel pour décrire le <strong>mouvement</strong> des étoiles ?<br />
2. Marie monte dans l’as<strong>ce</strong>nseur et Jean<br />
est dans le hall. Que dit Jean de luimême<br />
et de Marie ? Que dit Marie<br />
d’elle-même ? Remplissez les bulles et<br />
précisez le référentiel.<br />
Marie<br />
Jean<br />
Le <strong>mouvement</strong> est une variation de la position d’un mobile au cours du temps, par<br />
rapport à un référentiel.<br />
1
Mouvements<br />
Décrire un <strong>mouvement</strong><br />
Nous voulons décrire le <strong>mouvement</strong> d’une bille qui roule. Pour le faire il faut :<br />
- Préciser le référentiel en indiquant un repère d’espa<strong>ce</strong> et un repère de<br />
temps.<br />
Dans <strong>ce</strong> cas, le référentiel est Marie à 10 h : 20 min : 10s, quelques instants après<br />
avoir lancé la bille.<br />
- Décrire la trajectoire, que <strong>ce</strong> soit par une droite, un <strong>ce</strong>rcle ou autre.<br />
Dans <strong>ce</strong> cas la trajectoire est la droite qui est représentée sur le dessin.<br />
- Indiquer le sens.<br />
Dans <strong>ce</strong> cas la bille se dépla<strong>ce</strong> vers la droite (sens positif).<br />
- Indiquer différentes positions pour chaque date (moment)<br />
20 cm<br />
–<br />
+<br />
e (cm) 60 80 100 120 140 160<br />
t (h : min : s) 10 :20 :10 10 :20 :15 10 :20 :20 10 :20 :25 10 :20 :30 10 :20 :35<br />
La vitesse d’un mobile<br />
La bille parcourt 100 <strong>ce</strong>ntimètres en 25 secondes. Sa vitesse moyenne sur <strong>ce</strong><br />
parcours est égale à :<br />
v m = 100 cm /25 s = 4 cm/s<br />
2
Mouvements<br />
La vitesse moyenne d’un mobile dans un référentiel est le rapport entre la<br />
distan<strong>ce</strong> parcourue et la durée du parcours. Elle s’exprime en mètres par seconde (m/s)<br />
selon le système international d’unités.<br />
d<br />
v m<br />
=<br />
t<br />
d : distan<strong>ce</strong> parcourue<br />
t : durée du parcours<br />
3. Donnez un exemple de <strong>mouvement</strong> rectiligne. Précisez le référentiel.<br />
4. Donnez un exemple de <strong>mouvement</strong> circulaire. Précisez le référentiel.<br />
5. Donnez un exemple de <strong>mouvement</strong> de trajectoire elliptique. Précisez le<br />
référentiel.<br />
6. Les mots ou expressions « horizontal », « vers le bas », « vers la droite »,<br />
« vertical », Désignent-ils une direction ou un sens ?<br />
7. Complétez.<br />
Pour un voyageur assis dans un train, les autres voyageurs assis comme lui sont<br />
________________________.<br />
Mais pour un observateur sur le bord de la voie ferrée, les autres voyageurs sont<br />
en ____________________ .<br />
8. Afin de décrire correctement un <strong>mouvement</strong>, il faut spécifier :<br />
- le référentiel, c'est-à-dire le ______________________ et le<br />
____________________ qui sert à l'observateur pour décrire le <strong>mouvement</strong>.<br />
Exemple : ________________________<br />
9. Ordonnez les groupes de mots pour trouver une phrase.<br />
est le taux<br />
sur le temps écoulé<br />
de changement du<br />
vecteur vitesse d'un objet<br />
L'accélération<br />
3
Mouvements<br />
10. Deux voitures sont chronométrées sur un circuit.<br />
Voici la position des voitures au départ du chronomètre :<br />
100 m<br />
Voici la position des voitures lorsque l'on arrête le chronomètre 2 secondes plus<br />
tard :<br />
Maintenant, on représente la position des voitures 4 secondes après le départ du<br />
chronomètre :<br />
a) Calculez la distan<strong>ce</strong> parcourue par la voiture A :<br />
d A = d A =<br />
b) Calculez la distan<strong>ce</strong> parcourue par la voiture B :<br />
d B = d B =<br />
c) Quelle est la vitesse de la voiture A par rapport au sol ?<br />
V A=<br />
d) Quelle est la vitesse de la voiture B par rapport au sol ?<br />
V B =<br />
4
Mouvements<br />
e) Tra<strong>ce</strong>r le graphique représentant la position des voitures en fonction du temps.<br />
11. Le <strong>mouvement</strong> de la Lune<br />
La Lune est le seul satellite de la Terre.<br />
Elle est plus petite que la Terre, sachant<br />
que le rayon de la Terre équivaut à 6’38 ⋅<br />
10 6 m et que le rayon de la Lune équivaut à<br />
1’7 ⋅ 10 6 m.<br />
La Lune tourne sur elle-même et autour<br />
de la Terre en environ 4 semaines (28,5<br />
jours). Quand la Lune tourne, elle décrit un<br />
<strong>ce</strong>rcle dont le rayon équivaut à 3’84 ⋅ 10 8 m. .<br />
Quelle distan<strong>ce</strong> parcourt un point de l'équateur en 24 heures ?<br />
D = 2 × π × R ; D =<br />
Quelle est la vitesse de la Terre à l'équateur ? Elle fait un tour en 24 heures.<br />
V Terre (km/h) = D (km) / t (h)<br />
V Terre =<br />
Quel est le rayon de la Lune ?<br />
R Lune<br />
=<br />
Quelle distan<strong>ce</strong> parcourt un point de l'équateur de la Lune en 4 semaines ?<br />
D (km) = D =<br />
Quelle est la vitesse de la Lune à l'équateur?<br />
V Lune<br />
(km/h) = D (km) / t (h)<br />
V Lune<br />
=<br />
Quel est le rayon de la trajectoire de la Lune ?<br />
r Lune<br />
=<br />
Quelle est la distan<strong>ce</strong> parcourue par la Lune en 4 semaines ?<br />
D (km) = D =<br />
Quelle est la vitesse de la Lune autour de la Terre?<br />
V Lune<br />
(km/h) = D (km) / t (h)<br />
V Lune<br />
=<br />
5
Mouvements<br />
On dit que le <strong>mouvement</strong> d’un objet est uniforme lorsque la vitesse reste constante.<br />
Peu de mobiles se dépla<strong>ce</strong>nt à vitesse constante. Le <strong>mouvement</strong> de la<br />
Terre autour du Soleil et le <strong>mouvement</strong> de la Lune autour de la Terre sont uniformes,<br />
mais, les personnes, les voitures, les objets qui sont lancés… finissent tous par accélérer<br />
ou ralentir.<br />
On dit que le <strong>mouvement</strong> d’un objet est accéléré lorsque sa vitesse augmente au cours<br />
du temps.<br />
On dit que le <strong>mouvement</strong> d’un objet est ralenti ou retardé lorsque la vitesse diminue<br />
au cours du temps.<br />
Qu’est-<strong>ce</strong> que l’accélération ?<br />
L’accélération mesure la variation de la vitesse au cours du temps.<br />
v − vi<br />
Δv<br />
a = =<br />
Δt<br />
Δt<br />
Vous êtes arrêtés sur une bicyclette. Vous prenez de la vitesse et une seconde<br />
plus tard vous allez à 2m/s. Une seconde de plus et vous allez à 4 m/s. Vous gagnez 2<br />
m/s à chaque seconde. Votre accélération est :<br />
2 m / s<br />
a = = 2 m / s<br />
1 s<br />
2<br />
12. Le graphique suivant représente les variations de la vitesse d’une automobile en<br />
fonction du temps au cours d’un dépla<strong>ce</strong>ment :<br />
v<br />
(km/h)<br />
120<br />
100<br />
80<br />
60<br />
40<br />
20<br />
2 4 6 8 10 12 14 16<br />
t (min)<br />
a) Préciser les différentes phases du <strong>mouvement</strong> de l’automobile.<br />
b) Combien vaut la vitesse durant la phase 2 ?<br />
c) Combien vaut l’accélération durant les différentes phases ?<br />
d) Quelle distan<strong>ce</strong> parcourt l’automobile pendant la phase 2 ?<br />
6
Mouvements<br />
13. Recopiez et complétez le texte suivant :<br />
La vitesse moyenne se calcule en divisant la ______________ parcourue par la<br />
____________ mise à la parcourir.<br />
Quand la vitesse augmente, le _______________ est _____________<br />
Quand le <strong>mouvement</strong> est ralenti, la _____________ ________________<br />
Enfin, lorsque la _____________ est _____________, le _______________<br />
est ____________<br />
14. Visitez le site http://www.walter.fendt.de/ph11f/ac<strong>ce</strong>leration_f.htm et répondez.<br />
Cette applet Java montre une voiture qui se dépla<strong>ce</strong> avec une accélération constante.<br />
1. Reproduire le <strong>mouvement</strong> d’un véhicule pour lequel:<br />
e i = 50 m<br />
v i = – 2 m/s<br />
a = – 1’5 m/s 2<br />
a) Faire le schéma du <strong>mouvement</strong>. Indiquer le référentiel. Représenter le<br />
vecteur accélération et la variation du vecteur vitesse.<br />
b) Est-<strong>ce</strong> qu’il y a un rapport entre le signe de la vitesse et le signe de<br />
l’accélération.<br />
c) Compléter le tableau.<br />
t (s)<br />
e (m) 50 40 30 20 10 0<br />
v (m/s)<br />
a (m/s 2 )<br />
Vérifier les valeurs de la vitesse et du temps en utilisant les équations du<br />
<strong>mouvement</strong>.<br />
d) Représenter les graphiques e-t, v-t y a-t<br />
2. Reproduire le <strong>mouvement</strong> d’un véhicule pour lequel:<br />
e i = 5 m<br />
v i = 1 m/s<br />
a = 2 m/s 2<br />
7
Mouvements<br />
a) Faire le schéma du <strong>mouvement</strong>. Indiquer le référentiel. Représenter le<br />
vecteur accélération et la variation du vecteur vitesse.<br />
b) Est-<strong>ce</strong> qu’il y a un rapport entre le signe de la vitesse et le signe de<br />
l’accélération.<br />
c) Compléter le tableau.<br />
t (s)<br />
e (m)<br />
v (m/s)<br />
a (m/s 2 )<br />
Vérifier les valeurs de la vitesse et de la position en utilisant les équations du<br />
<strong>mouvement</strong>.<br />
d) Représenter les graphiques e-t, v-t y a-t<br />
3. Reproduire le <strong>mouvement</strong> d’un véhicule pour lequel:<br />
e i = 5 m<br />
v i = 10 m/s<br />
a = – 1 m/s 2<br />
a) Faire le schéma du <strong>mouvement</strong>. Indiquer le référentiel. Représenter le<br />
vecteur accélération et la variation du vecteur vitesse.<br />
b) Est-<strong>ce</strong> qu’il y a un rapport entre le signe de la vitesse et le signe de<br />
l’accélération.<br />
c) Compléter le tableau.<br />
t (s)<br />
e (m)<br />
v (m/s)<br />
a (m/s 2 )<br />
Vérifier les valeurs de la vitesse et de la position en utilisant les équations du<br />
<strong>mouvement</strong>.<br />
d) Représenter les graphiques e-t, v-t y a-t<br />
8
Mouvements<br />
4. Reproduire le <strong>mouvement</strong> d’un véhicule pour lequel:<br />
e i = 50 m<br />
v i = – 10 m/s<br />
a = 1 m/s 2<br />
a) Faire le schéma du <strong>mouvement</strong>. Indiquer le référentiel. Représenter le<br />
vecteur accélération et la variation du vecteur vitesse.<br />
b) Est-<strong>ce</strong> qu’il y a un rapport entre le signe de la vitesse et le signe de<br />
l’accélération.<br />
c) Compléter le tableau.<br />
t (s)<br />
e (m) 50 40 30 20 10 0<br />
v (m/s)<br />
a (m/s 2 )<br />
Vérifier les valeurs de la vitesse et du temps en utilisant les équations du<br />
<strong>mouvement</strong>.<br />
d) Représenter les graphiques e-t, v-t y a-t.<br />
5. Reproduire le <strong>mouvement</strong> d’un véhicule pour lequel:<br />
e i = 5 m<br />
v i = 2 m/s<br />
a = 0<br />
a) Faire le schéma du <strong>mouvement</strong>. Indiquer le référentiel. Représenter le<br />
vecteur vitesse.<br />
b) Est-<strong>ce</strong> que le <strong>mouvement</strong> est accéléré ou uniforme ?<br />
c) Compléter le tableau.<br />
t (s)<br />
e (m)<br />
v (m/s)<br />
a (m/s 2 )<br />
Vérifier les valeurs de la position en utilisant l’équation du <strong>mouvement</strong><br />
uniforme.<br />
d) Représenter les graphiques e-t, v-t y a-t<br />
9
Mouvements<br />
Vitesse et sécurité routière<br />
Les enquêtes menées sur les causes des accidents de la route montrent qu’il<br />
existe un lien direct entre vitesse et sécurité routière.<br />
Si une voiture roule sur une route et le conducteur veut s’arrêter, il faut toujours<br />
un temps pour le faire. Pendant <strong>ce</strong> temps-là la voiture parcourt une distan<strong>ce</strong> qui<br />
s’appelle distan<strong>ce</strong> de freinage. Dans le carré on montre la distan<strong>ce</strong> de freinage en<br />
fonction de la vitesse.<br />
Vitesse (km/h) 30 50 60 90 120<br />
Distan<strong>ce</strong> de freinage (m) 6 16 23 51 96<br />
15. Quelle est la vitesse maximale autorisée en zone urbaine ?<br />
_____________________________________________<br />
16. Quelle est la vitesse maximale autorisée sur autoroute ?<br />
_____________________________________________<br />
Si on ne respecte pas la distan<strong>ce</strong> de sécurité, on risque de heurter le véhicule qui<br />
est devant.<br />
La collision d’un véhicule qui roule à 30 km/h (8’3 m/s) équivaut à une chute de<br />
3’5 m. On peut le calculer en employant les équations suivantes :<br />
(1) v = vi + a t<br />
(2)<br />
1 d = v<br />
i t + a t<br />
2<br />
2<br />
En utilisant la première équation on calcule le temps né<strong>ce</strong>ssaire pour acquérir<br />
une vitesse de 8’3 m/s (ou 30 km/h). L’accélération des corps qui tombent est égale à<br />
9’8 m/s 2 .<br />
v − v<br />
t =<br />
a<br />
i<br />
8'3 − 0<br />
; t = = 0'85 s<br />
9'8<br />
10
Mouvements<br />
La deuxième équation permet de calculer la distan<strong>ce</strong> de laquelle le corps tombe.<br />
d =<br />
1 9'8 ⋅ 0'85<br />
2 3' 5 m<br />
2<br />
=<br />
17. Calculez la hauteur de laquelle doit tomber un corps pour acquérir les vitesses<br />
suivantes et complétez le tableau.<br />
v (km/h) 40 60 80 100 120 140<br />
v (m/s)<br />
t (s)<br />
h (m)<br />
75 m<br />
60 m<br />
45 m<br />
30 m<br />
15 m<br />
Collision<br />
(km/h)<br />
40 60 80 100 120 140<br />
11
Mouvements<br />
Quand la vitesse des véhicules augmente, l’énergie des véhicules augmente, par<br />
conséquent la collision sera plus dangereuse.<br />
18. Lisez le texte suivant et répondez :<br />
« L’orgue de Casadei » E c = 1/2 m v 2<br />
Lorsque Nelson Casadei, spécialiste de la sécurité chez Renault, créa <strong>ce</strong><br />
curieux orgue, il n'avait d'autre but que d'illustrer, de la manière la plus concrète<br />
et la plus pédagogique possible, la formule de l'énergie cinétique : E c = 1/2 mv 2 .<br />
Traduction : l'énergie cinétique n'est pas proportionnelle à la vitesse, mais à la<br />
masse de l'objet propulsé et au carré de la vitesse. Tout <strong>ce</strong>la peut paraître bien<br />
abstrait, mais con<strong>ce</strong>rne en fait chaque automobiliste. Car <strong>ce</strong>tte formule signifie<br />
<strong>qu'un</strong> choc à 30 km/h n'est pas deux fois supérieur à un choc à 15 km/h ; il est<br />
beaucoup plus fort. Exprimée en joules, l'énergie cinétique, à 15 km/h, est de<br />
8.775; elle grimpe à 34.700 joules, lorsque le choc se produit à 30 km/h.<br />
C'est encore un peu obscur ?<br />
Alors, regardez "l'orgue de Casadei".<br />
Le premier de ses tubes mesure 120<br />
cm. Sur les tubes suivants, on a<br />
précipité un chariot de 400 kg.<br />
D'abord, à 10 km/h, puis à 20, 30-<br />
jusqu'à 90 km/h. Observez ensuite la<br />
courbe formée par les tubes écrasés :<br />
elle n'est pas linéaire, mais forme une<br />
hyperbole. La différen<strong>ce</strong> entre 80<br />
km/h et 90 km/h est particulièrement<br />
éloquente. Plus on va vite, plus<br />
quelques km/h peuvent avoir des<br />
conséquen<strong>ce</strong>s importantes. Alors,<br />
levez le pied !<br />
90 80 70 60 50 40 30 20 10<br />
Le magazine de l’innovation R&D. Numéro 3. Octobre 96<br />
a. La distan<strong>ce</strong> de freinage et l’énergie mise en jeu lors d’un choc, varient-elles<br />
de façon proportionnelle à la vitesse ?<br />
b. Calculez l’énergie cinétique d’une voiture qui roule à 60 km/h. Si la voiture<br />
roule à 120 km/h, que vaut son énergie cinétique ? Le double ?<br />
12
Mouvements<br />
c. L’énergie est une propriété de la matière né<strong>ce</strong>ssaire pour produire une<br />
modification. Quelle est la modification produite dans une automobile, qui a<br />
de l’énergie cinétique, après un choc ?<br />
- L’augmentation de la vitesse.<br />
- La déformation de l’automobile.<br />
19. Élaborez en texte argumentatif pour défendre votre point de vue sur la<br />
sécurité routière.<br />
Référen<strong>ce</strong>s<br />
http://www.glenbrook.k12.il.us/gbssci/phys/projects/yep/autos/austupa.html<br />
http://www.nhtsa.dot.gov/<br />
http://www.nhtsa.dot.gov/cars/testing/ncap/<br />
http://www.nhtsa.dot.gov/NCAP/Info.html<br />
http://www.tc.gc.ca/RoadSafety/STATS/stats97/St97indf.htm<br />
http://www.etape.qc.ca/drogues/alcool.htm<br />
http://www.drugs.indiana.edu/druginfo/alcohol.html<br />
http://pollution.nord.free.fr/securite/freinage_vitesse.htm<br />
http://www.glenbrook.k12.il.us/gbssci/phys/Class/momentum/momtoc.html<br />
http://fgouget.free.fr/misc/freinage.shtml<br />
http://www.autovalley.fr/actualites/evenement/autorouteEtp1.jsp<br />
http://www.univ-angers.fr/cufco/schraf/distan<strong>ce</strong>.htm<br />
http://www.ac-orleans-tours.fr/physique/phyel/trois/pagmvt/vitess.htm<br />
http://www.ac-orleans-tours.fr/physique/phyel/trois/pagmvt/maquet.htm<br />
13
Mouvements<br />
20. Lisez le texte<br />
LA CHUTE DES CORPS<br />
Les intrépides plongeaient du rocher en surplomb. Zéphir avait <strong>ce</strong> courage, qui<br />
l’étonnait elle-même. Elle s´élançait en poussant un petit cri aigu qui trahissait son<br />
émotion. Sa mère, Irvana, naïade plus prudente, coulait une brasse posée, la tête bien<br />
hors de l'eau et les narines pincées, dans la posture hiératique du cygne. Elle<br />
morigénait Zéphyr qui sautait à côté d'elle, engendrant des tourbillons fluides peu<br />
agréables à son hydrophobie.<br />
Chahmazane, royal et magnifique, parut dans la splendeur de son ensemble de<br />
bain. Les couronnes brodées en surépaisseur ac<strong>ce</strong>ntuaient les généreuses rotondités de<br />
sa cinquantaine épanouie. Il se hissa au sommet du rocher-plongeoir et sauta dans<br />
l'onde rafraîchissante, créant un petit mascaret. La foule applaudit, et Irvana recracha<br />
deux gorgées d'eau.<br />
"Quel plongeon, Sire, et avec quelle vitesse vous arrivez dans l'eau! Votre<br />
célérité est d'autant plus grande que votre Majesté est imposante...<br />
- Eh oui, s’enorgueillit Chahmazane, comme je suis le plus lourd des plongeurs,<br />
C’est moi qui arrive le plus vite dans l'eau.<br />
- Eh non, l'interrompit Abdul le physicien."<br />
Abdul était un physicien théoricien qui avait vu diminuer ses crédits de<br />
recherche. Pour survivre, il écrivait des nouvelles de scien<strong>ce</strong> fiction où des femmes<br />
voluptueuses en petite tenue étaient enchaînées à la cinquième dimension. Il était venu<br />
chercher ses modèles de beauté à la baignade, mais il ne pouvait pas oublier ses<br />
principes de physique.<br />
"Et pourquoi non, le foudroya Chahmazane, qui tombait de haut. Ne suis-je le<br />
mieux nourri et le plus lourd de tous?<br />
- Certes, répondit Abdul. Mais vous n'en arrivez pas plus vite dans l'eau. La<br />
vitesse de chute d’un corps ne dépend pas de sa masse. Zéphyr, votre fluette petite fille,<br />
tombe aussi vite que vous...<br />
- Lèse-majesté, s`écria le grand vizir. Nul n'égale notre roi.<br />
- Et si, poursuivit Abdul, qui était de gauche: la gravité est absolument<br />
démocratique. Tout le monde est égal devant elle. Et je vais vous le prouver."<br />
Chahmazade commanda à tout le monde de s'asseoir. On disposa des tabourets<br />
et le trône pliant XXXL du roi, lequel aimait suivre confortablement les exposés<br />
magistraux.<br />
"Nous allons tenir séan<strong>ce</strong> sur la gravité, affirma-t-il.<br />
14
Mouvements<br />
-Et vous avez des mines circonstan<strong>ce</strong>s, persifla Zéphyr, qui n'aimait pas les<br />
heures supplémentaires de physique."<br />
Abdul ignora l'impertinente, se saisit d'un galet et le laissa tomber.<br />
"Voyez-vous, expliqua-t-il, <strong>ce</strong> galet arrive à une <strong>ce</strong>rtaine vitesse au sol.<br />
- Laquelle? L’interrompit le grand vizir.<br />
- Peu importe, <strong>ce</strong>la n'intervient pas dans mon exposé, répondit Abdul.<br />
Supposons que je trouve un galet absolument identique. Lâché de la même hauteur, il<br />
arrivera évidemment au sol à la même vitesse que son homologue et après le même<br />
délai.<br />
- Evidemment, s'exclama le grand vizir, rien ne change. Il ne faut pas être grand<br />
clerc, ni attribuer des finan<strong>ce</strong>ments de recherche somptuaires pour <strong>ce</strong> genre de<br />
conclusions...<br />
- Deux expérien<strong>ce</strong>s identiques donnent évidemment le même résultat, conclut<br />
Chahmazane, qui rayonnait de compréhension.<br />
- Supposez maintenant que nous lâchions<br />
ensemble les deux galets: ils arriveront au sol en<br />
même temps. Alors relions-les par un fil très léger<br />
et faisons-le de nouveau tomber: ils arriveront au<br />
sol ensemble, comme auparavant.<br />
- C'est du kif, affirma dans sa langue<br />
populaire, Zéphyr.<br />
- Et pourtant la masse de l'objet est<br />
double, continua Abdul. Donc la vitesse de chute<br />
d'un corps ne dépend pas de la masse. Étonnant<br />
n'est-il pas vrai?"<br />
Le grand vizir était interloqué. Il se demandait comment un raisonnement aussi<br />
simple amenait une conclusion aussi surprenante. L'hébétude de son regard trahit sa<br />
perplexité.<br />
"Comment, s'interrogeait-il, l'intuition peut-elle être aussi fausse chez la plupart<br />
des gens? L'ensemble de la population ne comprend rien à la physique."<br />
Zéphyr avait des fourmis dans les jambes et invita son grand-père à des activités<br />
plus ludiques.<br />
"Viens plonger avec moi, Papy."<br />
Chahmazane, heureux de <strong>ce</strong>tte diversion, harangua la foule:<br />
15
Mouvements<br />
"Pour <strong>ce</strong>ux qui n'ont pas compris nos conclusions, plastronna-t-il, nous allons<br />
Zéphyr et moi faire l’expérien<strong>ce</strong>. Regardez et instruisez-vous..."<br />
Chahmazane et Zéphyr s`élancèrent ensemble et trouèrent l'eau simultanément dans<br />
une gerbe d'écume qui aurait fait hurler de rage Irvana si elle avait pu parler la bouche<br />
pleine d'eau.<br />
C'est Galilée qui éprouvera, en lâchant une sphère de bois et une<br />
sphère de métal du haut de la Tour de Pise, que la vitesse de chute<br />
d'un corps ne dépend pas de sa masse, commenta Schéhérazade. La<br />
résistan<strong>ce</strong> de l'air modifie un peu le phénomène, mais dans le vide, le<br />
Baron hongrois Lorand Eötvös, au XIX e siècle, perfectionnera et<br />
confirmera la mesure. La pesanteur est la for<strong>ce</strong> qui nous attire vers la<br />
Terre et elle est proportionnelle à la masse. Comme l'accélération<br />
due a <strong>ce</strong>tte for<strong>ce</strong> est inversement proportionnelle à la masse, les deux<br />
effets s'inversent et quelle que soit la masse, la vitesse de chute est la<br />
même, comme le montrera l'Anglais Newton."<br />
À <strong>ce</strong> moment de la narration, Schéhérazade vit apparaître le matin, et discrète, se tut.<br />
21. Répondez<br />
Les milles et une nuits de la scien<strong>ce</strong><br />
Philippe Boulanger<br />
1. Qu’est-<strong>ce</strong> que le physicien prétend démontrer ?<br />
2. Indiquez des observations contradictoires avec <strong>ce</strong>tte affirmation.<br />
3. Pourquoi est-<strong>ce</strong> que tous les corps ne tombent pas à la même vitesse et<br />
après le même délai ? Consultez le site :<br />
http://www.saskschools.ca/curr_content/phys30fr/module05/5-<br />
09_corps_en_chute_libre.html<br />
4. Quelle est la condition né<strong>ce</strong>ssaire pour que l’affirmation du physicien<br />
soit vraie ?<br />
5. Laissez tomber en même temps une chemise et une feuille en papier.<br />
Qu’est-<strong>ce</strong> qui se passe ? Pourquoi ?<br />
6. Pla<strong>ce</strong>z la feuille sur la chemise et laissez tomber l’ensemble. Qu’est-<strong>ce</strong><br />
qu’il se passe ? Pourquoi ?<br />
7. Pourquoi est-<strong>ce</strong> qu’ Abdul ne s’est pas dédié à la recherche ?<br />
8. Qu’est-<strong>ce</strong> que vous en pensez ?<br />
9. Quels sont les physiciens qui ont étudié la chute des corps ?<br />
10. Quelles sont leurs contributions pou la Scien<strong>ce</strong> ?<br />
11. Faites un résumé du conte.<br />
16
Mouvements<br />
TRAVAIL PRATIQUE : LA RELATIVITE DU MOUVEMENT<br />
Ces travaux pratiques sont des adaptations des activités proposées par M. Bernard<br />
Goering. Lycée Kléber. Strasbourg<br />
1) Mouvement d'une balle lâchée par un cycliste<br />
Dans le référentiel terrestre (du sol), un cycliste, avançant à vitesse constante,<br />
suit une trajectoire rectiligne horizontale, vers la droite.<br />
t 0 t 1 t 2 t 3 t 4 t 5 t 6<br />
1. Quelle est la nature du <strong>mouvement</strong> du cycliste par rapport au sol ? Pourquoi ?<br />
Le cycliste laisse tomber une balle. Dans le<br />
référentiel du cycliste, la balle suit une trajectoire<br />
rectiligne verticale, vers le bas, donc le cycliste voit<br />
toujours la balle sous sa main.<br />
t 0<br />
t 1<br />
.......<br />
Position de la<br />
balle au cours du<br />
temps<br />
2. Quelle est la nature du <strong>mouvement</strong> de la balle par<br />
rapport au cycliste? Pourquoi ?<br />
t 6<br />
Mais, quelle est la trajectoire de la balle par rapport au référentiel terrestre?<br />
Dans <strong>ce</strong> travail pratique vous devrez dessiner <strong>ce</strong>tte trajectoire, c'est à dire, l'ensemble de<br />
positions occupées au cours du temps dans le référentiel « sol ».<br />
3. Dessinez la trajectoire de la balle par rapport au référentiel terrestre.<br />
Marquez sur le bord d’une feuille les positions de la balle dans le référentiel<br />
« cycliste » et transférez <strong>ce</strong>s positions sur le dessin qui représente les<br />
positions du cycliste.<br />
2) Mouvement des points de la roue d’une bicyclette.<br />
Dans le référentiel « vélo », la trajectoire d’un point de la roue est un <strong>ce</strong>rcle dont le<br />
<strong>ce</strong>ntre est l’axe de la roue.<br />
17
Mouvements<br />
Par rapport au sol, quelle est la trajectoire ?<br />
4. Proposez diverses hypothèses est dessinez-les.<br />
5. Pour vérifier vos hypothèses, dessinez un <strong>ce</strong>rcle sur un carton et découpez-le.<br />
Per<strong>ce</strong>z-le en :<br />
- son <strong>ce</strong>ntre O.<br />
- un point quelconque, R 1 .<br />
- un point extérieur, R 2 .<br />
Pla<strong>ce</strong>z le disque sur une table et faites-le tourner, sans glisser, en le<br />
déplaçant sur une règle. En Même temps dessinez la trajectoire de <strong>ce</strong>s points avec<br />
un crayon situé sur les points O, R 1 ou R 2 .<br />
O<br />
R 2<br />
R 1<br />
A B<br />
Comparez les résultats obtenus avec vos hypothèses de départ.<br />
3) Mouvement d’un homme qui se dépla<strong>ce</strong> sur un manège.<br />
Le responsable d’un manège traverse un<br />
diamètre AB du manège en 16 pas. Lorsque le<br />
manège fait un douzième de tour (30°), le<br />
responsable fait un pas.<br />
6. Quelle est la trajectoire du <strong>mouvement</strong><br />
de l’homme par rapport au manège?<br />
7. Quelle est la trajectoire par rapport au<br />
référentiel terrestre ?<br />
Tra<strong>ce</strong>z un <strong>ce</strong>rcle de 16 cm de diamètre et supposez qu’un pas équivaut à 1 cm.<br />
Marquez les positions qui correspondent à chaque pas.<br />
8. Complétez le tableau.<br />
Mouvement<br />
de la balle<br />
lâchée par le<br />
cycliste<br />
des points de la<br />
roue d’une<br />
bicyclette<br />
d’un homme<br />
traversant un<br />
manège<br />
Trajectoire par rapport<br />
au référentiel terrestre<br />
Trajectoire par rapport<br />
au référentiel en<br />
<strong>mouvement</strong><br />
18
Mouvements<br />
TRAVAIL PRATIQUE : LE MOUVEMENT APPARENT DE<br />
MARS<br />
La Terre et Mars suivent des trajectoires elliptiques autour le Soleil mais on peut<br />
supposer que <strong>ce</strong>s trajectoires sont circulaires. Nous allons déterminer la trajectoire de<br />
Mars par rapport à la Terre puisque la Terre est le lieu d’où nous étudions les<br />
<strong>mouvement</strong>s des astres.<br />
Terre<br />
Soleil<br />
R T<br />
R M<br />
Mars<br />
Données<br />
- Mouvement de révolution de la Terre par rapport au référentiel hélio<strong>ce</strong>ntrique.<br />
Trajectoire : ellipse quasi circulaire<br />
Durée d’une révolution : 365’25 jours, arrondie à 360 jours.<br />
Rayon de la trajectoire : 1’5 ⋅ 10 8 km<br />
- Mouvement de révolution de la planète Mars par rapport au référentiel<br />
hélio<strong>ce</strong>ntrique.<br />
Trajectoire : ellipse quasi circulaire<br />
Durée d’une révolution : 680 jours, arrondie à 720 jours. On suppose que lorsque<br />
Mars fait un tour autour le Soleil, la Terre fait en deux.<br />
Rayon de la trajectoire : 2’3 ⋅ 10 8 km<br />
Méthode<br />
- Représentez les trajectoires circulaires de la Terre et de la planète Mars par rapport<br />
au référentiel du Soleil. Employez l’échelle 1 cm : 0’25 ⋅ 108 km, d’où,<br />
R Terre : __________ cm<br />
et R Mars : __________ cm<br />
- Représentez sur <strong>ce</strong>s trajectoires les positions de la Terre et de la planète Mars tous<br />
les 20 jours et <strong>ce</strong> durant 160 jours avant et après une position (P). Quel est l’angle<br />
correspondant à 20 jours pour la Terre ? Et pour Mars ?<br />
pour la Terre, 20 jours : ________<br />
pour Mars, 20 jours : ________<br />
- Représentez la trajectoire de la planète Mars par rapport au référentiel terrestre. Sur<br />
un calque portant le repère géo<strong>ce</strong>ntrique et posé suc<strong>ce</strong>ssivement sur toutes les<br />
positions de la Terre (durant 160 jours, tous les 20 jours, avant et après la position<br />
P), reportez les différentes positions de Mars.<br />
Conclusion<br />
Quelle est la particularité du <strong>mouvement</strong> de Mars par rapport à la Terre ?<br />
19
Mouvements<br />
Lisez le texte et répondez.<br />
Le <strong>mouvement</strong> de Mars par rapport à la Terre présente deux aspects remarquables.<br />
En premier lieu, la planète<br />
parcourt, en deux intervalles de temps<br />
égaux, des distan<strong>ce</strong>s différentes et sa<br />
vitesse, comme nous pouvons l’observer,<br />
varie continuellement.<br />
En second lieu, sa trajectoire<br />
n’est pas circulaire. Elle forme des<br />
boucles et la planète semble revenir sur<br />
ses pas : c’est le <strong>mouvement</strong> rétrograde.<br />
1 er avril<br />
1 er août<br />
1 er septembre<br />
1 er octobre<br />
1 er mai 15 octobre<br />
1 er juin<br />
1 er juillet<br />
Ces modifications du<br />
<strong>mouvement</strong> circulaire à vitesse constante sont caractéristiques des corps célestes. Dans la<br />
vision géo<strong>ce</strong>ntrique de l’univers, une idée prévalait, les <strong>mouvement</strong>s dans le ciel étaient tous<br />
parfaits, c’est-à-dire, circulaires et à vitesse constante. Comment pouvait-on alors expliquer les<br />
dépla<strong>ce</strong>ments de Mars ?<br />
Une hypothèse particulièrement utile, proposée par Ptolémée (II av. J.C.) dans son<br />
modèle géo<strong>ce</strong>ntrique, consiste à supposer que les trajectoires des planètes (et pas uniquement<br />
Mars) résultent d’une composition de <strong>mouvement</strong>s circulaires.<br />
X<br />
B<br />
A<br />
Terre<br />
Supposons donc qu’une planète quelconque X parcourt une orbite circulaire de <strong>ce</strong>ntre<br />
A, que le point A parcourt une autre orbite circulaire de <strong>ce</strong>ntre B et que B, à son tour, se<br />
dépla<strong>ce</strong> selon un <strong>mouvement</strong> circulaire autour de la terre T. Le <strong>mouvement</strong> résultant de X est la<br />
combinaison des trois <strong>mouvement</strong>s.<br />
Au XVI e siècle, Nicolas Copernic (astronome polonais, 1473-1543) décrit un modèle<br />
géo<strong>ce</strong>ntrique de l’univers. Il affirme que la Terre et les planètes du système solaire tournent<br />
autour du Soleil. Son œuvre, « De Revolutionibus Orbium Coelestium », fut publiée un an après<br />
sa mort, et fut condamnée par l’Église en 1616. Pour avoir enseigné sa théorie, Galilée<br />
(physicien italien, 1546-1642) fut menacé du bûcher et dut renier ses idées.<br />
Extrait de « Les génies de la scien<strong>ce</strong> »<br />
Pour la Scien<strong>ce</strong>, novembre 1999<br />
- Quelles sont les particularités du <strong>mouvement</strong> de Mars ?<br />
- Indiquez les différents modèles de l’univers qui ont été proposés pour expliquer<br />
les <strong>mouvement</strong>s des planètes.<br />
- Pourquoi est-<strong>ce</strong> que le modèle de Copernic fut condamné par l’Église ?<br />
20