Les référentiels

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Extrait

de Les référentiels (fiche - 2 - Physique- chimie pour adulte - Terminale S)

Objectifs • Définir ce qu’est un référentiel en mécanique ; • Présenter les référentiels galiléens, en indiquan t leurs propriétés ; • Insister sur l’importance du choix du référentiel lors d’une étude de mécanique : indiquer quelques effets observés dans un référenti el non galiléen. 1. Notion de référentiel Lorsqu’un radar routier mesure la vitesse d’une voi ture, l’appareil estime lavitesse relativedu véhicule par rapport à la route, doncpar rapport à la Terre. Autre exemple, dans un train en marche un passager se déplace à la vitesse de 3 km/h en direction du wagon de tête. Le train se déplace à 300 km/h. Pour un observateur se trouvant dans le train, le passager se déplace à 3 km/h, alors que pour un observateur placé sur le quai d’une gare, le passager évolue à 303 km/h.

En mécanique, pour étudier le mouvement d’un corps, il est ainsi nécessaire de préciser par rapport à quoi nous raisonnons. Autrem ent dit,on se fixe un référentiel d’étude. Cela consiste àétudier le mouvement des corps par rapport à un objet de référence(un solide dans la pratique)que l’on considère immobile. À partir dudit objet, on définira unrepère d’étude: uneorigineainsi qu’un ou plusieursaxes (études 1D, 2D ou 3D).

Dans les deux exemples précédents, le radar et l’ob servateur se trouvant sur le quai ont considéré la Terre comme objet de référence. Il s ont donc utilisé leréférentiel terrestre. 2. Les référentiels galiléens Il existe potentiellement une infinité de référenti els possibles. Toutefois, nous distinguonsdeux types de référentiels:les galiléens et non galiléens. Par définition, unréférentiel galiléenest un référentiel dans lequella première loi de Newton est vérifiée. Cette loi, aussi nomméeprincipe d’inertie, est détaillée dans une autre fiche.

Autrement dit, dans ce type de référentiel, un obje t immobile soumis à des forces qui se compensent restera immobile. De la même manière, si un objet a une vitesse et si on a également , alors l’objet gardera sa vitesse .

Pour appliquer leslois de Newton(voir fiche dédiée), il est capital que le référen tiel d’étude soitgaliléenns le cas. Nous verrons plus tard ce qu’il peut se passer da contraire. Prouver rigoureusement qu’un référentiel est galiléen n’est pas facile, mais il pourra être fait appel à la propriété suivante : Si un référentielAse déplace par rapport à un autre référentielBpar un mouvement de translation uniforme ( constante entre les deux) et queBest un référentiel galiléen, alorsAest lui aussi un référentiel galiléen.

Cas particulier: siAestimmobilepar rapport àBgaliléen, alors bien entenduAest