Le relativité du mouvement - Maxicours

Le relativité du mouvement

Objectif

Comprendre que l'immobilité ou le mouvement d'un objet dépend du référentiel dans lequel il est décrit.

Niveau préconisé : 3e

Points clés
  • La forme de la trajectoire et la vitesse d'un mouvement dépendent du repère où on se place. C'est pourquoi, pour décrire le mouvement d'un objet, il faut toujours préciser par rapport à quel référentiel (ou repère) on l'étudie.
  • Les référentiels les plus fréquemment utilisés sont :
    • le référentiel terrestre (surface de la Terre) pour tous les déplacements sur le sol terrestre ;
    • le référentiel géocentrique (centre de la Terre) pour les mouvements de la Lune et des satellites autour de la Terre ;
    • le référentiel héliocentrique (centre du Soleil) pour le mouvement des planètes autour du Soleil.
1. Immobile ou en mouvement ?

Un même personnage ou un même objet peut être décrit comme immobile ou en mouvement.

Lorsque l'on décrit un mouvement, la première étape est toujours de définir l'objet qui sert de référence. Cet objet est appelé référentiel (le Soleil, le sol terrestre, une étoile lointaine, etc.).
Tout objet en mouvement se déplace par rapport à un référentiel donné.
Exemple : qui est en mouvement ?
Déplacement d'un autobus devant un personnage
Dans la situation ci-dessus :
  • si on choisit comme référentiel le personnage C, les personnages A et B sont en mouvement par rapport à C : ils se déplacent devant lui ;
  • si on choisit comme référentiel le personnage A : le personnage B est immobile par rapport à A (la distance entre eux deux ne change pas) mais le personnage C est en mouvement par rapport à A (A voit passer C devant la vitre).
2.  Les différents référentiels

Le référentiel le plus souvent utilisé est le référentiel terrestre : le mouvement est défini par rapport à la surface de la Terre.

C'est le référentiel que nous utilisons dans notre vie quotidienne.

Exemple 
Quand on dit qu'une voiture roule à 90 km/h, on ne le précise pas mais on définit cette vitesse par rapport au sol. Si on considérait son mouvement par rapport à son conducteur, on dirait qu'elle est immobile.
Une voiture sur la route

Pour décrire le mouvement de la Lune et des satellites, on utilise le référentiel géocentrique : le centre de la Terre est choisi comme référentiel.

Exemple 
La Lune décrit une trajectoire circulaire autour de la Terre.
Les satellites autour de la Terre

Pour décrire le mouvement des planètes, on utilise le référentiel héliocentrique (le centre du Soleil).

Le système solaire
3. L'influence des référentiels sur le mouvement d'un objet
a. Des vitesses différentes dans plusieurs référentiels

Dans l'exemple ci-contre, le tapis roulant a une vitesse de 3 km/h. Marie marche à 4 km/h sur le tapis roulant.

La vitesse de Marie est donc de 7 km/h par rapport au sol.

Marie sur le tapis roulant
b. Des trajectoires différentes dans plusieurs référentiels

La Lune a une trajectoire circulaire autour de la Terre (référentiel géocentrique).

Sa trajectoire autour du Soleil (référentiel héliocentrique) est plus complexe.

Trajectoire de la Terre (en bleu) et de la Lune (en jaune) autour du Soleil

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