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Seconde · Physique-Chimie · Chapitre 2

Mouvements et interactions : décrire, modéliser, prévoir

Ce que tu sauras faire

  • Choisir un référentiel, et montrer sur un exemple que la description d'un mouvement en dépend entièrement.
  • Décrire un mouvement par sa trajectoire et par l'évolution de sa vitesse, et nommer le mouvement obtenu.
  • Calculer une vitesse moyenne, estimer une vitesse instantanée sur une chronophotographie, et convertir entre mètres par seconde et kilomètres par heure.
  • Représenter un vecteur vitesse par sa direction, son sens, sa valeur et son point d'application.
  • Recenser les interactions subies par un système et les modéliser par des forces, puis tracer un diagramme objet-interaction.
  • Énoncer le principe d'inertie, l'utiliser dans les deux sens, et interpréter une variation du vecteur vitesse.
  • Appliquer la loi d'interaction gravitationnelle de Newton et en déduire le poids d'un corps à la surface d'un astre.

Au programme du chapitre

  1. Le système et le référentiel : deux choix à faire avant tout
  2. La relativité du mouvement
  3. Décrire un mouvement : trajectoire et évolution de la vitesse
  4. La vitesse : moyenne et instantanée
  5. Le vecteur vitesse
  6. Les interactions et leur modélisation par des forces
  7. Le principe d'inertie
  8. La force d'interaction gravitationnelle
  9. Le poids : un cas particulier de l'interaction gravitationnelle

Exercices corrigés

Exercice 1

La Terre attire une pomme, et la pomme attire la Terre avec une force de même valeur. Pourquoi voit-on alors la pomme tomber vers la Terre, et jamais la Terre monter vers la pomme ?
Un coup de pouce
Les deux corps subissent la même force. Qu'est-ce qui les distingue alors ?
Voir la correction pas à pas
Parce que l'égalité porte sur les forces, pas sur leurs effets. La loi de Newton donne bien F=G×mT×mpd2F = G \times \dfrac{m_T \times m_p}{d^{2}} des deux côtés : la même valeur, sur la même droite, en sens opposés.
Mais l'effet d'une force sur le mouvement dépend aussi de la masse du corps qui la subit. La pomme a une masse de quelques centaines de grammes ; la Terre a une masse de 5,972×10245{,}972 \times 10^{24} kg, soit environ 102510^{25} fois plus grande. Pour une même force, la variation du vecteur vitesse de la Terre est donc environ 102510^{25} fois plus petite que celle de la pomme : elle existe, mais elle est totalement inobservable.
La formule est symétrique, le spectacle ne l'est pas. Retiens la formulation exacte : les deux forces ont la même valeur, ce sont les mouvements qui diffèrent.

Exercice 2

Un parachutiste ouvre son parachute et descend bientôt à vitesse constante, en ligne droite, jusqu'au sol. Pourtant son poids ne cesse pas d'agir. Comment concilies-tu les deux faits ?
Un coup de pouce
Fais la liste des forces exercées sur le parachutiste, puis compare-les au moment où la vitesse cesse d'augmenter.
Voir la correction pas à pas
Il n'y a rien à concilier : le principe d'inertie ne dit pas qu'un corps en mouvement rectiligne uniforme ne subit aucune force, il dit que les forces qu'il subit se compensent.
Le parachutiste subit deux forces : son poids P⃗\vec{P}, vertical vers le bas, et la force de frottement de l'air f⃗\vec{f}, verticale vers le haut. Tant que la vitesse augmente, le frottement de l'air augmente aussi. Il finit par atteindre la valeur du poids : à cet instant, les deux forces ont même direction, des sens opposés et la même valeur, donc elles se compensent.
À partir de là, le vecteur vitesse ne varie plus : la descente se poursuit rectiligne uniforme. C'est ce que l'on appelle la vitesse limite. Elle n'est pas la marque d'une absence de force, mais d'un équilibre entre deux forces.

Les pièges à éviter

  • Parler de trajectoire ou de vitesse sans préciser le référentiel.
  • Croire qu'un mouvement circulaire uniforme est un mouvement à vecteur vitesse constant.
  • Écrire « une force le pousse en avant » pour un corps qui avance à vitesse constante.
  • Confondre la masse et le poids, et répondre un poids en kilogrammes.

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