[PDF] Chapitre 5 : Mouvement et interactions Thème Mouvement

View - Download Chapitre 5 : Mouvement et interactions Thème Mouvement

Previous PDF

Next PDF

Terminale

Chapitre 5 : Mouvement et interactionsThème

Mouvement

PLAN DE TRAVAIL

Ressources

- Partie A : Les lois de Newton - Partie B : Mouvement dans un champ uniforme - Partie C : Les lois de Képler

Voir le site internet : Vidéos et animations :

Partie A :

Les forcesPartie B :

Les lois de

NewtonPartie C :

Les lois de

Képler

Niveau 1Niveau 2Niveau 3Problème

Paritie A3 p 228

4 p 228 9 22913 p 229 14 p 230 18 p231Exercice 1 26 p 233 28 p 233

Paritie B7 p 251

9 p 251 11 p 25115 p 252 25 p 254 21 p 25330 p 255 34 p 257 Exercice 2 Exercice 3

Paritie C5 p 270

7 p 271 13 p 27216 p 272 19 p 27320 p 274 Prépa ECE p 275 

NotationCoeffNote

➔TP 13 : Back Flip en voiture ➔TP 14 : Base Jump ➔TP 15 : Aspect énergéitique d'un mouvement ➔TP 16 : Peser Jupiter/20 /20 ➔DS 44/20

SOMMAIRE

Plan de travail...................................................................................................................................................................................1

Objectifs pour le DS.........................................................................................................................................................................2

Un peu de mathématiques pour faire de la physique................................................................................................................2

Partie A : Les lois de Newton.........................................................................................................................................................3

Partie B : Mouvement dans un champ uniforme........................................................................................................................6

Partie C : Les mouvements stellaires............................................................................................................................................9

Chapitre 5Page 1/12

OBJECTIFS POUR LE DS

□Déifinir le vecteur vitesse comme la dérivée du vecteur position par rapport au temps et le vecteur

accélération comme la dérivée du vecteur vitesse par rapport au temps.

□Établir les coordonnées cartésiennes des vecteurs vitesse et accélération à partir des coordonnées du

vecteur position et/ou du vecteur vitesse.

□Citer et exploiter les expressions des coordonnées des vecteurs vitesse et accélération dans le repère de

Frenet, dans le cas d'un mouvement circulaire.

□Caractériser le vecteur accélération pour les mouvements suivants : rectiligne, rectiligne uniforme, rectiligne

uniformément accéléré, circulaire, circulaire uniforme.

□Justiifier qualitativement la position du centre de masse d'un système, cette position étant donnée.

□Discuter qualitativement du caractère galiléen d'un référentiel donné pour le mouvement étudié.

□Utiliser la deuxième loi de Newton dans des situations variées pour en déduire : le vecteur accélération du

centre de masse ou la somme des forces appliquées au système. □Montrer que le mouvement dans un champ uniforme est plan. □Établir et exploiter les équations horaires du mouvement. □Établir l'équation de la trajectoire.

□Discuter de l'influence des grandeurs physiques sur les caractéristiques du champ électrique créé par un

condensateur plan, son expression étant donnée. □Décrire le principe d'un accélérateur linéaire de particules chargées.

□Exploiter la conservation de l'énergie mécanique ou le théorème de l'énergie cinétique dans le cas du

mouvement dans un champ uniforme.

□Déterminer les caractéristiques des vecteurs vitesse et accélération du centre de masse d'un système en

mouvement circulaire dans un champ de gravitation newtonien. □Établir et exploiter la troisième loi de Kepler dans le cas du mouvement circulaire.

EXERCICES

EXERCICE 1 : COURSE À UN FEU ROUGE...

Une voiture A est arrêtée à un feu rouge. Le feu devient vert et A démarre au même moment, une deuxième voiture

B la dépasse, roulant à vitesse constante. Leurs courbes de vitesse en fonction du temps sont représentées sur la

même ifigure ci-contre :

1.Identiifier la courbe associée

à chacune des voitures A et

B. Justiifier la réponse.

2.Déterminer la valeur de

l'accélération de la voiture A.

3.Combien de temps la voiture

A a-t-elle mis pour avoir la

même vitesse que la voiture

B ? Justiifier graphiquement.

4.A ce moment, à quelle

distance en avant de la voiture A se trouve la voiture B ?

5.Quelle est la voiture qui est en tête et de combien après 0,01 h ?

6.A quel instant la voiture A rattrape-t-elle la voiture B ?

Chapitre 5Page 2/12

EXERCICE 2 : MOUVEMENT D'UN ÉLECTRON

Un électron pénètre dans l'espace entre les deux plaques avec une vitesse initiale faisant un angle  avec l'horizontale.

On note :

q : charge de l'électron : q = - e (en C) m : masse de l'électron (en kg) E : valeur du champ électrique entre les 2 plaques (en V.m-1) d : distance entre les deux plaques (en m) U : différence de potentiel entre les deux plaques (en V)

Données :

e = 1,6.10-19 C v0 = 3.107 m.s-1

U = 2500 V d = 6 cm

1.Retrouver l'équation de la trajectoire de l'électron : z=qE

2m(v0.cosα)2.x2+(tanα)x

2.Le but de cette expérience est de retrouver la masse de l'électron. On observe la déviation du faisceau

d'électrons : pour x = 10 cm, z = - 4,5 cm. Réaliser le calcul et comparer à la valeur donnée dans le manuel.

EXERCICE 3 : ROSETTA ET PHILAE

Le 12 novembre 2017 à 8 h 03, deux heures avant la séparation de Philae, les moteurs de la sonde spatiale Rosetta

ont été mis à contribution pour placer celle-ci sur une orbite hyperbolique qui la fait plonger vers la comète Tchouri,

en la faisant passer 5 km en avant de son centre, dans le but de lancer l'atterrisseur, dépourvu de propulsion, dans

le bon axe. L'atterrisseur Philae est éjecté à la vitesse adéquate par son vaisseau à 10 h 05 min.

Document 1 : Caractérisitiques de Philae : •Masse : mP = 97,9 kg •Structure : Fibre de carbone et aluminium •Dispositifs d'atterrissages : plaquage au sol par propulsion d'un gaz froid et double harpon. •Sources d'énergie : Panneaux solaires + batterie au lithium Document 2 : Schéma de la situaition au moment de l'éjecition : 3.

Le problème : On considère que la force d'attraction entre Tchouri et Philae reste constante et a pour valeur

⃗F=-4,01.10-3 ⃗k. A partir des documents et de vos connaissances, déterminer le temps de chute ainsi que la

vitesse au moment de l'impact. Un raisonnement détaillé, des calculs littéraux et des explications sont attendus.

Chapitre 5Page 3/12Comètexz⃗v0Quelques données : - Coordonnées du point d'impact : xi = - 1475 m zi = - 13,7.103 m - Vitesse initiale :  = 20° v0 = 0,062 m.s-1 ⃗k ⃗iPoint d'impact

PARTIE A : LES LOIS DE NEWTON

I - OUTILS POUR DÉCRIRE UN MOUVEMENT

1 - Le vecteur posiition

La position du centre d'inertie M d'un système par rapport à l'origine O du

repère d'espèce peut être repérée à chaque instant par le vecteur position,⃗OM.

Dans le repère d'espace attaché au référentiel d'étude, il s'écrit : ⃗OM = x ⃗i + y ⃗j + z ⃗k Si le solide est en mouvement, les coordonnées x, y et z sont des fonctions du temps : c'est pourquoi on les note de manière générale x(t), y(t) et z(t). L'ensemble des positions occupées successivement par le point G au cours du temps constitue la trajectoire de ce point.

2 - Le vecteur vitesse

Le vecteur vitesse caractérise la variation du vecteur position au cours du temps. La vitesse moyenne d'un point

A entre deux dates t1 et t2, est le rapport de la distance d parcourue par la durée du trajet. Elle donnée par la

formule : v=A1A2 t2-t1=d Δt. Le vecteur vitesse, donnant la valeur, le sens et la direction de la vitesse prend alors la forme : ⃗v=⃗A1A2

Δt=⃗OA1-⃗OA2

Δt=Δ⃗OA

Δt Si Dt tend vers 0 (autrement dit si le temps entre deux positions de l'objet devient très petit), on parle alors de vitesse instantanée. Le rapport Δ ⃗OA Δt devient la dérivée du vecteur position et donc : Le vecteur vitesse instantanée d'un point A a pour formule : ⃗v=d⃗OA dtCaractéristiques du vecteur vitesse : direction : tangente à la trajectoire sens : dans le sens du mouvement intensité : se calcule avec la formule de la vitesse et se mesure en m.s-1 Remarque : si le mouvement a lieu en deux dimensions on a : vx=dx dtet vy=dy 2+vy

23 - L'accéléraition

L'accélération caractérise la variation du vecteur vitesse en fonction du temps. Par analogie avec le vecteur vitesse

instantanée, on a donc : ⃗a=d⃗v dtavec ⃗a le vecteur accélération en m.s-2 et ⃗v le vecteur vitesse en m.s-1

Dans le cas d'un mouvement chronophotographié, on aura pour un point nommé b : ⃗ab=Δ⃗vb

Δt=⃗vc-⃗va

tc-ta Dans un plan orthonormé : les composantes de l'accélération ⃗a dans un repère (O,⃗i, ⃗j) sont alors : ax=dvx dtet ay=dvy dt. En utilisant les relations vx=dx dtet vy=dy dt, on a alors : ax=d2x dt2etay=d2y dt2. Puis de même que pour la vitesse instantanée, on a : 2+ay

2Chapitre 5Page 4/12⃗OM

II - LES DIFFÉRENTS TYPES DE MOUVEMENT

Lorsque le vecteur accélération ⃗a est constant, on parle alors de mouvement rectiligne uniformément varié. La

direction du vecteur ⃗a est celle de la trajectoire. On distingue alors deux cas : si

⃗a et ⃗v ont le même sens, on parle de mouvement ...................................................................................................

si

⃗a et ⃗v sont de sens contraire, on parle de mouvement ............................................................................................

Application : Soit s la position, v la vitesse et a l'accélération. Pour chaque graphique, préciser si le type de

mouvement (accéléré, uniforme, décéléré ou immobile) : ABC DEF GHI

Chapitre 5Page 5/12

III - ETUDE DANS LE CAS D'UN MOUVEMENT CIRCULAIRE

Dans le cas d'un mouvement circulaire, il est plus pratique d'effectuer un changement de repère et d'utiliser le

repère de Frenet qui est déifini de la manière suivante : le point A est l'origine du repère ; le vecteur unitaire ⃗ut est tangent à la trajectoire et orienté dans le sens du mouvement ; le vecteur unitaire ⃗un est orienté vers le centre de la trajectoire.

Dans ce repère on a alors :

⃗v et on admettra que ⃗aDans le cas d'un mouvement circulaire uniforme, la valeur de la vitesse est

constante. L'accélération tangentielle at est alors nulle. L'accélération devient donc seulement normale a = an. On dit alors que l'accélération est centripète et prend pour valeur :

IV - LE CENTRE DE MASSE

Le centre de masse (ou centre d'inertie) d'un corps est le point situé à la position moyenne de la masse du corps. Il peut se trouver situé à l'intérieur de l'objet comme à l'extérieur. Pour un corps homogène, c'est à dire de masse volumique constante, et parfaitement symétrique, le centre de masse est situé au centre géométrique du corps. C'est l'exemple, d'une sphère, d'un cylindre ou d'un cube. Ce n'est pas toujours le centre du corps. C'est l'exemple d'un boomerang. La trajectoire du centre d'inertie est toujours la plus simple car c'est autour de ce point que l'objet tourne. (exemple du marteau)

Équilibre d'un système

Un système est dit en équilibre si les points de ce dernier sont immobiles par rapport au centre de masse

V - LES LOIS DE NEWTON

1 - Rappels

a - Première loi de Newton (ou principe d'ineritie)

Lorsqu'un corps est soumis à des forces qui se compensent ou à aucune force alors il est soit au repos soit animé

d'un mouvement rectiligne uniforme. b - Troisième loi de Newton (ou principe des acitions réciproques)

L'action est toujours égale à la réaction ; c'est-à-dire que les actions de deux corps l'un sur l'autre sont toujours

égales et de sens contraires. Autrement dit :

⃗FA/B=-⃗FB/A c - Référenitiel galiléen

Un référentiel galiléen est un référentiel dans lequel la première loi de Newton est vériifiée. Les lois de Newton ne

peuvent s'appliquer que dans des référentiels galiléens.

Chapitre 5Page 6/12vt = v(t)

vn = 0avec r le rayon du cercle en m a l'accéléraition en m.s-2 avec v la vitesse en m.s-1 r le rayon du cercle en mA at=dv dtan=v2 r a=v2 r

2 - Seconde loi de Newton (ou principe fondamental de la dynamique)

La seconde loi de Newton établit une relation entre le mouvement d'un point matériel et les forces qui s'exercent sur

ce point.

Enoncé : Dans un référentiel galiléen, la somme vectorielle des forces extérieures qui s'exercent sur un système est

égale au produit de sa masse par l'accélération de son centre de masse : ∑⃗Fext=m.⃗a

QUIZ DE LA PARTIE A

A l'aide de la vidéo de la partie A, entourer les bonnes réponses aux quiz :

Quiz n°1 : ABCDQuiz n°3 : ABC

Quiz n°2 : ABCQuiz n°4 : ABCD

PARTIE B : MOUVEMENT DANS UN CHAMP UNIFORME

I - DES CHAMPS UNIFORMES

1 - Rappels

Un champ est dit uniforme lorsqu'il garde les mêmes caractéristiques (valeur, direction et sens) en tout point de

l'espace. Champ magnétique d'un aimant en UChamp de pesanteurChamp électrostatique d'un condensateur

2 - Champs et forces associées

Champ de pesanteur : la force associée est ....................................................... avec pour formule :

Champ électrostatique : la force associée est ..................................................... avec pour formule :

De plus, il faut savoir que le champ E est toujours orienté du ...... vers le ...... et que dans le cas d'un

condensateur plan, la formule est :

Chapitre 5Page 7/12

II - ÉTUDE D'UN MOUVEMENT

1 - La méthode infaillible !

1.Préalables :

Déifinir le système étudié ; choisir un référentiel et un repère.

Faire un schéma de la situation.

Faire un bilan des forces extérieures qui s'appliquent au système et écrire leurs coordonnées.

quotesdbs_dbs4.pdfusesText_8

[PDF] mouvement et forces cours seconde

[PDF] mouvement et forces physique seconde

[PDF] mouvement et forces seconde

[PDF] mouvement et forces seconde exercices

[PDF] Mouvement ralenti

[PDF] Mouvement rectiligne

[PDF] mouvements et forces 2nde

[PDF] mouvements et forces premiere

[PDF] Moyen de transport

[PDF] moyen poodle

[PDF] Moyenne arithmétique

[PDF] moyenne corniche

[PDF] moyenne d'une série

[PDF] moyenne d'une série statistique

[PDF] moyenne d'une série statistique avec intervalles