RELATIVITÉ DU MOUVEMENT : NÉCESSITÉ D’UN RÉFÉRENTIEL

RELATIVITÉ DU MOUVEMENT

NÉCESSITÉ D’UN RÉFÉRENTIEL

Introduction

L’étude du mouvement d’un point implique nécessairement la présence simultanée du point et d’un observateur qui analyse le mouvement de ce point. Selon la position de l’observateur les conclu-sions peuvent être différentes alors que l’étude porte sur le même point. Considérons l’exemple simple de la chute d’une bille réalisée dans le wagon d’un train qui se déplace sur une voie rectiligne à vitesse constante. Les résultats de l’étude de ce mouvement obtenus par un observateur assis dans ce wagon et un autre immobile sur le quai seront inévitablement différents

"Le mouvement d’un point est donc relatif à un observateur fixe dans un référentiel d’étude"

➤Il n’est pas faux par exemple de dire que le soleil est en mouvement par rapport à la Terre si l’observateur est fixe sur Terre. Il faut donc à chaque fois préciser par rapport à quoi l’étude du mouvement est effectuée.
➤Dans le langage courant ce référentiel est sous entendu. Dans  l’expression « le train se déplace à vitesse constante » il est évident que c’est par rapport au sol et donc la Terre. Le voyageur assis dans un wagon du train peut dire : « je suis immobile », tout le monde comprendra que c’est par rapport au siège du wagon et du wagon lui-même. Il peut dire aussi « je me déplace à grande vitesse » et on comprendra que c’est par rapport à la Terre.

Notion de référentiel

➤Un référentiel peut être caractérisé par son nom. Dans les exemples précédents on peut parler du référentiel « train » (constitué de tout ce qui est fixe par rapport au train) ou du référentiel « Terrestre » (constitué de tout ce qui est fixe par rapport à la Terre) sans qu’il y ait d’ambiguïté.

➤Un référentiel peut aussi être caractérisé par un point O et trois directions fixes dans ce référentiel c’est-à-dire par un repère (O,x,y, z). Tout ce qui est fixe dans ce repère constitue le référentiel. Par exemple, pour l’étude du mouvement d’une bille dans un laboratoire il est possible de choisir un point O correspondant à la position de la bille à un instant initial et 3 axes Ox(longueur), Oy (largeur) et Oz (hauteur) lié au laboratoire. Le repère R(O,x,y,z) définit le référentiel d’étude correspondant au référentiel « laboratoire »

Exemples de référentiel à connaître

➤Le référentiel de Copernic (ou héliocentrique du grec Hêlios signifiant Soleil). L’origine du repère définissant ce référentiel correspond au centre d’inertie du système solaire (pratiquement confondu avec le centre d’inertie du Soleil). Les 3 axes du repère sont dirigés vers 3 étoiles qui s’éloignent du Soleil toujours dans la même direction.

➤Le référentiel géocentrique (du grec géo signifiant Terre). Le repère caractérisant ce référentiel a pour origine le centre de la Terre et les 3 axes sont des axes qui restent parallèles à ceux du référentiel de Copernic.

➤Le référentiel terrestre: l’origine de repère choisi est liée à la Terre ainsi que les 3 axes. Le référentiel terrestre est un référentiel en rotation uniforme par rapport au référentiel géocentrique (rotation autour d’un axe NordSud fixe dans le référentiel géocentrique). Le référentiel géocentrique est en mouvement de translation circulaire uniforme par rapport au référentiel de Copernic (voir figure 1.2).