Header image  
au lycée  
 
 

  1. Mouvements et forces

    1. Mouvements et référentiels

      1. Activité 1

        On a vu que le mouvement des personnages devait se rapporter à un point de vue précis : le référentiel. Un même mouvement peut être décrit de façon différente dans des référentiels différents

        Chloé est immobile dans le référentiel lié au train, mais se déplace vers le Sud dans le référentiel terrestre.

      2. Exemples de référentiels

          Le référentiel terrestre

          On l'utilise pour étudier les mouvements à la surface de la Terre. Dans ce référentiel, la Terre est immobile. La salle de classe est un référentiel terrestre.

          Le référentiel géocentrique

          Il est centré sur le centre de la Terre et orienté par trois étoiles fixes. Dans ce référentiel, la Terre tourne autour de l'axe Nord-Sud. Il est utilisé pour étudier le mouvement des satellites de la Terre.

          Le référentiel héliocentrique

          Il est centré sur le centre du Soleil et orienté par trois étoiles fixes. Dans ce repère, la Terre est en rotation autour du Soleil.

      3. Vitesse d'un objet

        Pour calculer la vitesse d'un objet dans un référentiel donné, on utilise la relation v=d/t

        Ex : Une voiture parcourt 54 km en 24 min, quelle est sa vitesse en km.h-1 puis en m.s-1 ?

      4. Trajectoire d'un point

        La trajectoire d'un point est l'ensemble des positions qu'occupe un point au cours du temps dans un référentiel donné.

        Présentation trajectoires

       

    2. Forces et mouvements

      1. Définition

        La force qu’on objet exerce sur un système représente l’action de l’objet sur le système. La valeur d’une force s’exprime en Newton (N).

      2. Représentation d'une force

        Un homme cherche à démarrer sa voiture en panne en la poussant.

        Il exerce donc une action sur la voiture ayant pour but de la mettre en mouvement. La force de l'homme sur la voiture représente cette action. Elle est dirigée vers l'avant, plus ou moins horizontalement.

        Une force est définie par :

        • un point d'application
        • une direction (horizontale, verticale) et un sens (de gauche à droite, de bas en haut)
        • une grandeur

        On représente une force exercée par un objet sur un autre objet par un vecteur, ayant pour origine le point d’application.

      3. Application

        La voiture est maintenant sur son emplacement de parking, immobile. Quelles sont les forces qui s'éxercent sur elles ?

        Le poids s'exerce sur la voiture verticalement vers le bas. Son point d'apllication est le centre de gravité de la voiture

        Si la route n'exerçait pas de force de réaction au niveau des pneus, la voiture s'enfoncerait. Il y a donc à chaque contact entre un pneu et le sol une force de réaction, une force orientée verticalement et vers le haut.

      4. Les différents types de forces

        Il existe deux types de forces :

        • Les forces de contact
          Poussée, force de frottement, réaction du support, tension d’un ressort…
        • Les forces à distance
          Force de gravitation (le poids), Force magnétique (les aimants), Force électrostatique

      5. Les effets d'une force

        • Une force peut mettre un objet en mouvement
          Ex : Pousser une voiture
        • Une force peut modifier la trajectoire d'un objet
          Ex : Une balle qui rebondit au sol
        • Une force peut modifier la vitesse d'un objet sans modifier sa trajectoire
          Ex : Un parachutiste freiné par son parachute
      6. L'influence de la masse

        Plus un objet a une masse importante et plus il est difficile de le mettre en mouvement, de le stopper ou de modifier sa trajectoire.

       

    3. Le principe d'inertie

      1. Définition

        Si un système n’est soumis à aucune force ou si les forces se compensent, alors ce système est soit immobile, soit en translation rectiligne uniforme

      2. Etude d'une séquence de bobsleigh

        Voir la vidéo

        On observe dans l'extrait qu'il est possible de découper la séquence de descente en quatre phases:

        • La phase d'attente, où le Bobsleigh est immobile
        • La phase de poussée
        • La phase de descente
        • La phase d'arrivée

        On remarque que dans le cas de la phase d'attente et d'arrivée, les forces se compensent.
        Le bobsleigh satisfait donc au principe d'inertie.
        Il est immobile lors de l'attente et en translation rectiligne uniforme lors de l'arrivée.

        Lors de la poussée, aucune force ne peut compenser la force exercée par les sportifs.
        Dans la descente, la glace ne peut compenser le poids.
        Dans ces deux phases, le principe d'inertie n'est pas respecté, le bobsleigh n'a pas un mouvement rectiligne uniforme.

         

    4. La gravitation universelle

      1. Interaction gravitationnelle entre deux corps

        L’interaction gravitationnelle entre deux corps est proportionnelle à la masse des deux corps et inversement proportionnelle au carré de la distance séparant les centres de gravité des deux corps.

        Unités

        • F est exprimée en newtons (N)
        • m est exprimée en kilogrammes (kg)
        • d est exprimée en mètres (m)
        • G est la constante de gravitation et vaut 6,67.10-11 dans les unités du Système International

      2. Applications

        • Calculer l’interaction gravitationnelle existant entre un homme de 70 kg et sa voiture de 1,5 tonnes distante de 3 mètres.
          On applique la relation précédente :

          L’interaction gravitationnelle existant entre un homme de 70 kg et sa voiture de 1,5 tonnes distante de 3 mètres est donc de 7,78.10-7 N.
        • Calculer l’interaction gravitationnelle existant entre le Soleil et la Terre.
          Données :
          • MSoleil = 1,99.1030 kg
          • MTerre = 5,97.1024 kg
          • dTerre/Soleil = 1,5.108 km
          Attention, ici les chiffres s'expriment en puissances de 10. Vous risquez de faire des erreurs en utilisant votre calculatrice. Essayez de faire un calcul avec les ordres de grandeur, comme en cours, de façon à avoir une idée du résultat !

          L’interaction gravitationnelle existant entre le Soleil et la Terre vaut donc 3,52.1022 N.

      3. Pesanteur et attraction

        Le poids d’un objet résulte de l’interaction entre la Terre et l’objet.
        Le poids est une force et s’exprime en newton.

        Calculez votre poids sachant que le rayon de la Terre est de 6370 km.
        Calcul pour un élève de masse m=50 kg :

        Le poids sur Terre d'un élève ayant une masse de 50 kg est donc P=490,5 N.

        On note pour simplifier les calculs :

        On a donc sur Terre Poids = Masse x g

        Conclusion
        Contrairement à la masse, le poids d'un objet dépend du lieu

        Exemple :
        Calculez le poids d'un homme ayant une masse de 60 kg sur Terre puis sur la Lune.
        Données :

        • g = 9.81
        • G = 6,67.10-11
        • MLune=7,35.1022 kg
        • RLune=1,74.106 m
        Réponse :

        Sur Terre : P = M x g = 60 x 9.81 = 588.6 N
        L'homme a donc un poids de 588.6 N sur Terre.

        Sur la Lune :

        Sur la Lune, l'homme a donc un poids de 97 N.
        On pèse donc six fois moins sur la Lune que sur la Terre.

       

  2. Le temps

    1. Rappels de conversions

      exercice 1
      exercice 2

    2. Les repères du temps

      1. L'alternance des jours et des nuits

        • Le jour solaire :
          C’est le temps écoulé entre deux passage du Soleil au Zenith. Il dure par définition 24 heures.
        • Le jour sidéral :
          C’est le temps mis par la Terre pour tourner sur elle-même. Il vaut 23 h 56 min 4 s.

      2. Les phases de la Lune

        activité 1

      3. L'alternance des saisons

        activité 2

    3. Période et fréquence

      1. La période

        Définition :

        • La période représente le temps nécessaire à un phénomène périodique pour revenir dans une même configuration.
          Elle a la grandeur d’une durée et s'exprime en secondes.

        Exercices :

        • En 616 j, Mercure a fait 7 fois le Tour du Soleil.
          Calculez sa période orbitale.
        • Un colibri peut battre des ailes 78 fois par seconde en vol stationnaire.
          Calculez la période d'un battement.

      2. La fréquence

        Définition :

        • La fréquence est l’inverse de la période.
          Elle représente le nombre de fois où un phénomène périodique va se reproduire dans un intervalle de temps donné.
          Elle s’exprime en hertz (Hz).1 Hz = 1 s-1.

        Exercices :

        • Un diapason a vibré 6600 fois en 15s.
          Quelle est sa fréquence ?

        • Dans un ordinateur, l’horloge émet une impulsion toutes les 0,45 ns.
          Quelle est la fréquence du processeur ?

        • On visualise le son d’un violoncelle à l’oscilloscope au moyen d’un microphone. On obtient l’oscillogramme suivant :

          Quelle est la fréquence du son joué ?