Système et référentiel
Système
Définition
Un système est un objet ou un ensemble d'objets dont on souhaite étudier le mouvement.
Par exemple, une voiture, une balle, un skieur, un avion, le Soleil, la Terre, etc.
Référentiel
Pour étudier le mouvement d'un système, il est nécessaire de choisir un référentiel d'étude.
Définition
Un référentiel est un objet physique de référence par rapport auquel on observe le mouvement du système. Pour préciser mathématiquement les caractéristiques du mouvement d’un système, on associe au référentiel ensuite un système de coordonnées d'espace (repère d’espace) et une horloge (repère de temps).
Le repère d’espace permet de définir la position du système dans l’espace à un instant donné, tandis que le repère de temps permet de mesurer la durée des événements.
Il existe plusieurs référentiels possibles pour décrire un mouvement d’un système. Le choix du référentiel est déterminé par la question que l’on se pose. En effet, il est possible de choisir un référentiel différent pour décrire le même mouvement. On choisira généralement le référentiel qui permet de répondre le plus simplement à la question posée.
Relativité du mouvement
Le mouvement d’un système est relatif au référentiel choisi. Cela signifie que le mouvement d’un système dépend du référentiel d'étude.
Par exemple, une voiture peut sembler immobile par rapport à un passager à l’intérieur de la voiture, mais en mouvement par rapport à un observateur fixe sur le bord de la route.
Exemples de référentiels
le référentiel héliocentrique
Le référentiel héliocentrique est le référentiel centré sur le centre de masse du Soleil. Il est utilisé pour étudier le mouvement des planètes autour du Soleil. Le Soleil est considéré comme immobile dans ce référentiel.
Les caractéristiques du repère d’espace sont :
- Origine : centre de masse du Soleil
- Axes : pointent vers trois étoiles éloignées qui apparaissent fixes
le référentiel géocentrique
Le référentiel géocentrique est le référentiel centré sur le centre de masse de la Terre. Il est utilisé pour étudier le mouvement des satellites artificiels autour de la Terre. La Terre tourne autour de son axe dans ce référentiel.
Les caractéristiques du repère d’espace sont :
- Origine : centre de masse de la Terre
- Axes : pointent vers trois étoiles éloignées qui apparaissent fixes
le référentiel terrestre
Le référentiel terrestre est le référentiel centré sur un point fixe à la surface de la Terre, généralement le lieu de l'observateur. Il est utilisé pour étudier le mouvement des objets à la surface de la Terre, comme les voitures, les avions, les balles, etc. Dans ce référentiel, la Terre est considérée comme immobile.
Les caractéristiques du repère d’espace sont :
- Origine : un point fixe à la surface de la Terre (lieu de l'observateur)
- Axes : pointent vers trois directions fixes pendant la durée de l'observation, choisis en fonction des directions d'intérêt
le référentiel lié au système
Le référentiel lié au système est un référentiel centré sur le système lui-même, généralement son centre de masse. Il est utilisé pour étudier le mouvement interne du système, comme les mouvements des parties d'une voiture en mouvement. Dans ce référentiel, le centre de masse du système est immobile.
Les caractéristiques du repère d’espace sont :
- Origine : centre de masse du système
- Axes : pointent vers trois directions fixes pendant la durée de l'observation, choisis en fonction des directions d'intérêt
Modélisation du système par un point
Lorsqu'un système est en mouvement, tous les points qui le composent se déplacent, mais ne se déplacent pas forcément de la même manière. Pour simplifier l'étude du mouvement d'un système, on peut le modéliser par un point. Cette modélisation permet de se concentrer sur la trajectoire et la vitesse du système sans se soucier de sa forme ou de sa taille. Cependant, il est important de noter que cette modélisation entraîne une perte d'information sur le système, notamment sur sa rotation ou ses mouvements internes.
Exemple : pour étudier le mouvement d'une voiture, on peut la modéliser par un point situé au niveau de son centre de masse. Ainsi, on ne s'intéresse qu'à la trajectoire et à la vitesse de la voiture, sans se soucier de sa forme ou de sa taille. Cependant, cette modélisation ne permet pas d'étudier les mouvements internes de la voiture, comme la rotation des roues.