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Commencer la description d'un mouvement

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Objectifs

Identifier le système étudié.
Choisir le référentiel d’étude le plus adapté pour décrire un mouvement.
Identifier les échelles temporelles et spatiales pertinentes pour décrire un mouvement.

Points clés

Lors de l’étude d’un mouvement, on se pose les questions dans l’ordre suivant :

Qu’est-ce qu’on étudie ? L’objet étudié est appelé système.
Grâce à quoi on l’étudie ? Un référentiel est désigné au préalable, à savoir qu'un autre objet est pris comme référence. Les référentiels les plus courants sont les référentiels terrestres, géocentriques et héliocentriques.
Comment on l’étudie ? Les échelles spatiales et temporelles permettent de décrire le mouvement de l'objet : il s’agit de choisir l'unité de longueur et l'unité de temps les plus pertinents par rapport au mouvement, selon qu’il est lent, rapide, grand ou petit.

Pour bien comprendre

Mouvement d’un objet

1. Choisir le système étudié

Pour toute étude de mouvement, on précise l’objet qui est en mouvement : c’est le système.

Le système est parfois noté entre accolades { }. Tout ce qui n’est pas le système étudié est appelé extérieur.

Exemple
L’étude du mouvement d’une voiture et de son conducteur se ramène à étudier le mouvement du système {voiture + conducteur}.

2. Choisir le référentiel le plus adapté

Lorsque l'on décrit un mouvement, il faut systématiquement définir l'objet qui sert de référence. Cet objet est appelé référentiel (le Soleil, le sol terrestre, une étoile lointaine, etc.).

Tout référentiel comporte un repère (trois axes qui partent d’un point commun) et est associé à une horloge afin de gérer le temps : cette horloge permet de connaitre les dates (heures, minutes, secondes) des différentes positions occupées par le système.

Tout objet peut être choisi comme référentiel mais certains sont plus pertinents que d’autres.

a. Le référentiel terrestre

Le référentiel le plus souvent utilisé est le référentiel terrestre car c’est celui que nous utilisons dans notre vie quotidienne.

Le référentiel terrestre est défini par tout objet immobile sur Terre : il prend la Terre comme référence.

Ce référentiel est utilisé pour l’étude des mouvements sur la Terre.

Exemple
Dans le référentiel terrestre, la voiture décrit une trajectoire rectiligne sur cette route.

Représentation du référentiel terrestre, avec son repère associé et son horloge

b. Le référentiel géocentrique

Le référentiel géocentrique est défini par le centre de la Terre.

Le repère associé est constitué de trois axes qui pointent vers trois étoiles lointaines (quasiment fixes à notre échelle de temps).

Ce référentiel est utilisé pour l’étude des mouvements des satellites artificiels autour de la Terre et la Lune.

Exemple
Dans le référentiel géocentrique, la Lune décrit une trajectoire circulaire autour de la Terre.

Représentation du référentiel géocentrique, avec son repère associé et son horloge

c. Le référentiel héliocentrique

Le référentiel héliocentrique est défini par le centre du Soleil.

Le repère associé est constitué de trois axes qui pointent vers trois étoiles lointaines (quasiment fixes à notre échelle de temps).

Ce repère est utilisé pour l’étude des mouvements de planètes.

Exemple
Dans le référentiel héliocentrique, la Terre décrit une trajectoire circulaire autour du Soleil.

Représentation du référentiel héliocentrique avec son repère associé et son horloge

3. Choisir les échelles temporelle et spatiale les plus adaptées

a. Les différentes échelles temporelles

Selon le mouvement à étudier, on utilise différentes échelles de temps.

La seconde est ainsi choisie pour des mouvements rapides.
Les mouvements plus lents seront en revanche décrits en utilisant les heures, les jours, les années, les milliers ou millions d’années, etc.

Exemples de mouvements rapides
Le battement des ailes d’un papillon ; le déplacement de la comète Halley, qui a traversé le ciel terrestre en 1986.

L’unité légale de temps est la seconde.

L’échelle de temps doit être choisie en fonction de la durée totale du mouvement à étudier.

Exemples

L’étude du mouvement de la Lune autour de la Terre se fera dans l’échelle de temps des jours car la révolution de la Lune s’effectue en 29,5 jours.
L’étude du mouvement d’une étoile filante (qui est en fait une météorite) se fera en revanche dans l’échelle de temps des secondes car son mouvement n’est visible que quelques secondes.

Remarque : une heure correspond à 3600 secondes, un jour à 24 heures (86 400 s), un an à 365,25 jours.

b. Les différentes échelles d'espace

L’univers s’étend de l’infiniment petit (les atomes, les molécules, les protons, les neutrons, les électrons, etc.) à l’infiniment grand (les satellites, les planètes, les étoiles, les galaxies regroupant des milliers d’étoiles, etc.). La référence est la taille de l’homme.

Comme l’unité légale de longueur est le mètre, on utilise aussi les multiples et le sous-multiple du mètre.

Exemples

Multiples du mètre : gigamètre (1 Gm = 10⁹ m), kilomètre (1 km = 10³ m), etc.
Sous-multiples du mètre : millimètre (1 mm = 10^–3m), nanomètre (1 nm = 10^–9 m), etc.

Il faut donc identifier l’échelle spatiale la plus pertinente pour faire l’étude du mouvement des objets.

Exemples

L’étude du mouvement de la station internationale autour de la Terre se fait dans l’échelle spatiale des kilomètres car la station spatiale se trouve à une altitude de 357 km, c’est-à-dire à une distance de 6750 km environ du centre de la Terre.
L’étude du mouvement de la chute d’une bille se fait dans l’échelle spatiale des mètres.