Chapitre 1: Décrire un mouvement

Objectifs :

- Décrire le mouvement d’un système par celui d’un point. Expliquer l’influence du référentiel choisi.
- Caractériser un mouvement rectiligne uniforme ou non uniforme.
- Réaliser ou exploiter une vidéo ou une chronophotographie d’un système en mouvement et représenter des vecteurs vitesse. Décrire la variation du vecteur vitesse.

I. Mouvement d'un système

1. Système

Le système, noté S={objet}, est l'objet dont on étudie le mouvement.

2. Référentiel

Le référentiel est l'objet de référence, supposé fixe, par rapport auquel on étudie le mouvement du système. On lui associe:
- un repère d'espace pour décrire les positions du système.
- un repère temporel (ou horloge) pour mesurer, à partir d'une origine t = 0s, les instants correspondant aux positions du système.
On distinguera principalement trois référentiel:
- le référentiel terrestre lié à un objet fixe par rapport à la Terre (exemple: mouvement d'objets à la surface de la Terre).
- le référentiel géocentrique lié au centre de la Terre (exemple: mouvement des objets gravitant autour de la Terre).
- le référentiel héliocentrique lié au centre du Soleil (exemple: mouvement des objets gravitant autour du Soleil).

3. Relativité du mouvement

La nature du mouvement d'un système dépend du référentiel choisi. On dit que le mouvement est relatif.
Exemple : Si un immeuble est immobile dans le référentiel terrestre associé au sol, il est en mouvement circulaire uniforme dans le référentiel géocentrique.

II. Description du mouvement

Pour décrire un mouvement, on précise la trajectoire suivi par le système et la variation de vitesse.

1. Trajectoire

Dans un référentiel donné, un point du système est repéré par sa position. L'ensemble des positions successives occupées par ce point au cours du mouvement définit sa trajectoire.
On distinguera trois types de trajectoires:
- la trajectoire rectiligne, lorsque les différentes positions du système décrivent une ligne droite.
- la trajectoire circulaire, lorsque les différentes positions du système décrivent un cercle.
- la trajectoire curviligne, lorsque les différentes positions du système décrivent une courbe quelconque.

2. La vitesse

a) Vecteur vitesse

Afin de rendre compte de la vitesse d'un objet, on utilise le vecteur vitesse v dont les caractéristiques sont les suivantes:
- direction : droite passant par deux positions de la trajectoire.
- sens : celui du mouvement.
- norme : valeur de la vitesse en m.s-1.

b) Vitesse moyenne

Le vecteur vitesse moyenne est utilisée pour rendre compte du déplacement d'un objet sur l'ensemble de son mouvement. Pour un objet parcourant la distance d au cours de la durée Δt, la norme du vecteur vitesse moyenne s'écrira :
$$v_{moy}=\frac{d}{\Delta t}$$
Remarque : le calcul de la vitesse moyenne implique l'hypothèse d'un mouvement uniforme.

c) Vitesse instantanée

Afin de mieux rendre compte d'un mouvement, on peut calculer la vitesse instantanée en une position de la trajectoire.
Ainsi, entre deux positions successives M et M', séparées de la durée Δt, on définit le vecteur vitesse vM tel que sa norme s'écrit :
$$v_{M}=\frac{MM'}{\Delta t}$$

d) Variation de la vitesse

Pour deux positions M et M' d'une trajectoire, on a :
- un mouvement uniforme si vM=vM'.
- un mouvement accéléré si vM < vM'.
- un mouvement ralenti si vM > vM'.

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