Relativité Du Mouvement

VITESSE.

Observation. Un enfant pousse le chariot devant lui, immobile au départ. Il exerce une force sur le chariot orientée vers l’avant. Le chariot se met en mouvement dans ce sens et la valeur de sa vitesse augmente. Puis l’enfant retient le chariot pour freiner; il inverse ainsi le sens de la force qu’il exerce sur le chariot. La valeur de la vitesse du chariot décroît jusqu’à l’arrêt. Conclusion. Une force appliquée à un corps peut modifier la valeur de sa vitesse.

2.2. MODIFICATION DE LA TRAJECTOIRE.

Dispositif. On abandonne sans vitesse initiale une bille d’acier en haut d’un plan incliné. Observation. En l’absence de l’aimant, la trajectoire de la bille est une droite: le mouvement de la bille est rectiligne En présence de l’aimant, la trajectoire de la bille s’incurve vers l’aimant: son mouvement n’est plus rectiligne. Interprétation. L’aimant exerce sur la bille en acier une force appelée force magnétique. Cette force modifie la direction du mouvement de la bille. Conclusion. Une force appliquée à un corps peut modifier la direction de son mouvement.

2.3. RÔLE DE LA MASSE.

Si on reprend l’exemple de l’enfait mais qui fait asseoir sa petite soeur dans le chariot. En exerçant sur celui-ci la même force qu’auparavant, il ne parvient pas à augmenter ou à diminuer la valeur de sa vitesse de la même manière que précédemment. Les effets qu’il produit sont beaucoup moins importants qu’avec une voiture inoccupée. L’effet d’une force de valeur donnée sur le mouvement d’un corps est d’autant plus faible que la masse du corps est plus grande.

Qu’est-ce que la masse ?

La masse permet de dire “combien”: elle évalue la quantité de matière d’un corps. Sauf que dans les lois physiques, cette notion joue deux rôles bien distincts: celui de la “masse inerte” et celui de la “masse grave”. En effet, elle est “grave” dans le sens où elle est attirée par les autres masses (par exemple, celle de la Terre) via la force gravitationnelle. Ainsi, plus la masse d’une valise est grande, plus elle est attirée par la Terre, et plus elle sera difficile à soulever. Ce qui se dit en langage de physicien: “Le poids est égal au produit de la masse par l’accélération de la pesanteur”. Mais la masse joue aussi l’inertie en s’opposant à l’accélération qu’on lui fait subir. Plus une valise à roulettes est lourde, plus il faut déployer de force pour la mettre en mouvement. Ou encore: “La force est égale au produit de la amsse par l’accélération”. Il se trouve que ces deux acceptions, l’une dynamique et l’autre statique, renvoient à la même grandeur, du moins dans la physique newtonienne. Ce constat fut le point de départ de la réflexion d’Einstein surt la relativité. Pourquoi pèse-t-on en kilogrammes ? A l’époque où l’étalon de masse a été réalisé, après la Révolution française, la plupart des mesures scientifiques concernaient de petites masses, très inférieures à un kilogramme. Le “gramme” a donc été adopté comme unité de mesure. Mais comme il aurait été difficile d’établir et d’utiliser un aussi petit étalon, une masse d’un kilogramme fut chargée du rôle de référence. En 1875, l’unité de masse fut ainsi redéfinie comme kilogramme, mais le nom de la mesure, préfixe compris, fut conservé. Records d’haltérophilie. A échelle humaine, le scarabée rhinocéros arrive en tête avec 76 000 kg. Dans la réalité, cet insecte de 5 cm et 20 g peut soulever 21 kg. En taille réelle, l’éléphant est imbattable: 300 kg (avec la trompe). Le record humain est de 263 kg.

2.4. GENERALISATION.

Une force exercée sur un corps modifie son mouvement, c’est-à-dire la valeur de sa vitesse et / ou la direction de son mouvement. Ces modifications sont d’autant plus importantes que la masse du corps est plus petite. Si un corps est soumis à plusieurs forces, les effets de chacune d’entre elles s’ajoutent. Tout se passe alors comme si une force unique était appliquée au corps.

3. UNE FORCE PARMI TANT D’AUTRES : LE POIDS. 3.1. MONTRER QUE LE POIDS D’UN CORPS EST UNE FORCE.

Examinons quelques effets de la pesanteur sur le mouvement d’un solide.

Mise en mouvement d’un solide.

Un corps abandonné à son poids, sans avoir été lancé, se met en mouvement: il tombe verticalement (chute libre).

Modifier un mouvement.

S’il est lancé, le poids infléchit la trajectoire vers le bas.

Le poids est une force: c’est la force d’attraction que la Terre exerce sur tout corps.

Records de saut en longueur.

A échelle humaine, la grenouille australienne arrive en tête avec 178 m le saut en longueur. Dans la réalité, elle saute 4 à 5 m. En taille réelle, l’antilope springbok est imbattable: 10 à 15 m. Le record humain est de 8,95 m.

Sur la Lune, le poids d’un corps est divisé par 6. Les résultats peuvent être surprenants....

3.2. CARACTERISTIQUES DU POIDS D’UN CORPS.

Le poids, action répartie dans tout le volume d’un objet, peut être représenté par une force, notée p, dont: le point d’application est appelé centre de gravité.

la direction est

rigoureusement:

Gp

en exercice:

suivant la droite qui relie les deux centres Gp et GT verticalement de la Terre.

Gp

p TERRE/HOMME

le sens est

rigoureusement: vers le centre en exercice: vers le bas

p TERRE/POMME

l’intensité

se nomme p et s’exprime en Newton (N).

p=mxg

GT

avec g l’intensité de la pesanteur; elle s’exprime en N / Kg. Cette constante varie selon l’endroit où on se trouve. En France g est de l’ordre de 10 N / Kg.

L’attraction gravitationnelle de la Terre s’exerce sur chaque particule d’un coprs placé en son voisinage. L’ensemble des actions