Physique Terminale : Mouvements, Forces et Lois de Kepler

Flashcards de vocabulaire couvrant la cinématique, la dynamique newtonienne, les mouvements dans les champs uniformes et les lois de Kepler.

Référentiel

Solide choisi comme référence et que l'on considère comme fixe pour décrire le mouvement d'un système.

Référentiel terrestre

Référentiel qui a pour origine un point fixe par rapport à la surface du sol.

Référentiel géocentrique

Référentiel ayant pour origine le centre de la Terre et dont les trois axes sont orientés vers trois étoiles lointaines considérées comme fixes ; adapté à l'étude de la rotation de la Terre et du mouvement de ses satellites.

Référentiel héliocentrique

Référentiel ayant pour origine le centre du Soleil et dont les axes sont dirigés vers trois étoiles lointaines considérées comme fixes ; utilisé pour étudier le mouvement des planètes du système solaire.

Trajectoire

Ensemble des positions successives occupées par un point mobile au cours du temps (qualifiée de rectiligne pour une droite, circulaire pour un cercle et curviligne pour une courbe quelconque).

Vecteur vitesse instantanée

Vecteur caractérisant la variation du vecteur position dans le temps, défini par $\vec{v} = \frac{d\vec{OM}}{dt}$. Il est tangent à la trajectoire au point considéré, orienté dans le sens du mouvement, et sa norme s'exprime en $\text{m}\cdot\text{s}^{-1}$.

Vecteur accélération

Dérivée du vecteur vitesse par rapport au temps, soit $\vec{a} = \frac{d\vec{v}}{dt} = \frac{d^2\vec{OM}}{dt^2}$, mesurant la variation du vecteur vitesse et s'exprimant en $\text{m}\cdot\text{s}^{-2}$.

Centre de masse d'un système

Point matériel concentrant l'intégralité de la masse $m$ du système et auquel s'appliquent toutes les forces extérieures ; il coïncide avec le centre géométrique si la répartition de masse est homogène.

Référentiel galiléen

Référentiel dans lequel le principe d'inertie est vérifié : si la somme vectorielle des forces extérieures exercées sur le système est nulle, son centre de masse demeure au repos ou effectue un mouvement rectiligne uniforme.

Deuxième loi de Newton

Dans un référentiel galiléen, la somme des forces extérieures appliquées à un système de masse constante est égale au produit de sa masse par l'accélération de son centre de masse : $\sum \vec{F}_i = m \cdot \vec{a}$.

Chute libre

Mouvement d'un système mécanique lorsqu'il n'est soumis qu'à l'action unique de son propre poids $\vec{P}$.

Champ électrique d'un condensateur plan

Champ uniforme orienté de l'armature positive vers l'armature négative, dont la direction est perpendiculaire aux armatures et dont l'intensité vaut $E = \frac{U}{D}$ en $\text{V}\cdot\text{m}^{-1}$.

Accélérateur linéaire de particules

Dispositif formé d'électrodes successives permettant d'accélérer des particules chargées au moyen d'un champ électrique pour leur conférer une énergie cinétique élevée, à l'instar du Linac 4 au CERN.

Énergie cinétique

Énergie liée à la masse et à la vitesse d'un système en mouvement de translation, définie par $E_c = \frac{1}{2} m v^2$ et mesurée en joules ($\text{J}$).

Travail d'une force constante

Grandeur scalaire évaluant l'énergie transférée au système au cours d'un déplacement d'un point $A$ vers un point $B$, donnée par $W_{AB}(\vec{F}) = \vec{F}\cdot\vec{AB} = F \times AB \times \cos(\alpha)$.

Travail moteur

Travail strictement positif ($W_{AB}(\vec{F}) > 0$) obtenu lorsque $0^\circ \le \alpha < 90^\circ$, signifiant que la force appliquée favorise le déplacement du système.

Travail résistant

Travail strictement négatif ($W_{AB}(\vec{F}) < 0$) obtenu lorsque $90^\circ < \alpha \le 180^\circ$, indiquant que la force s'oppose au déplacement du système.

Théorème de l'énergie cinétique

Théorème selon lequel la variation de l'énergie cinétique d'un système entre une position initiale $A$ et une position finale $B$ est égale à la somme des travaux des forces extérieures qui lui sont appliquées : $\Delta E_{c\,A\to B} = E_c(B) - E_c(A) = \sum W_{AB}(\vec{F})$.

Force conservative

Force dont le travail entre deux points dépend uniquement des positions initiale et finale, et non du chemin parcouru (le poids $\vec{P}$ en est un exemple).

Énergie potentielle de pesanteur

Énergie liée à l'altitude $z$ d'un corps de masse $m$ dans un champ de pesanteur uniforme, définie par $E_{pp} = m \cdot g \cdot z$.

Énergie mécanique

Grandeur égale à la somme de l'énergie cinétique et de l'énergie potentielle d'un système ($E_m = E_c + E_{pp}$), constante au cours du mouvement si seules des forces conservatives effectuent un travail.

Première loi de Kepler (loi des orbites)

Dans le référentiel héliocentrique, la trajectoire du centre de gravité de chaque planète est une ellipse dont le Soleil occupe l'un des deux foyers.

Deuxième loi de Kepler (loi des aires)

Le segment joignant le centre du Soleil au centre d'une planète balaie des aires égales pendant des intervalles de temps égaux, rendant la vitesse de l'astre plus grande à proximité du Soleil.

Troisième loi de Kepler (loi des périodes)

Pour toute planète orbitant autour du Soleil, le rapport entre le carré de sa période de révolution et le cube du demi-grand axe de son orbite est une constante : $\frac{T^2}{a^3} = \frac{4\pi^2}{G\cdot M_S}$.

Repère de Frenet

Repère orthonormé mobile centré sur le mobile $M$, constitué d'un vecteur tangentiel $\vec{\tau}$ dans le sens du mouvement et d'un vecteur normal $\vec{n}$ perpendiculaire orienté vers le centre de courbure.

Loi de la gravitation universelle

Loi physique selon laquelle deux corps ponctuels $A$ et $B$ s'attirent selon une force d'intensité $F_{A/B} = F_{B/A} = G \frac{m_A m_B}{d^2}$, où $G = 6,67 \times 10^{-11}\,\text{N}\cdot\text{m}^2\cdot\text{kg}^{-2}$.

Satellite géostationnaire

Satellite artificiel dont la période de révolution orbitale est exactement égale à la période de rotation de la Terre sur elle-même (période sidérale), apparaissant ainsi fixe depuis la surface terrestre.