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LA PRATIQUE DU SPORT Chap. 3 L’étude du mouvement
2nde
- TP : Référentiel et relativité du mouvement 1 C. Grange-Reynas
Activité expérimental Référentiel et relativité du mouvement
Mouvement d’une balle lâchée par un cycliste
Objectif :
Etudier le mouvement d’un objet par rapport à différents référentiels.
Réaliser et exploiter des enregistrements vidéo pour analyser des mouvements
Apprendre à utiliser le logiciel de pointage
Réutiliser les compétences acquises dans l’utilisation du tableur REGRESSI
Un athlète qui saute en hauteur peut utiliser la vidéo pour parfaire son geste technique.
Quelle technique peut lui permettre d’étudier précisément son mouvement ?
Son mouvement est-il différent selon l’endroit de l’observation ?
I. Etude d’un texte et exploitation
Extrait du «Dialogue sur les deux plus grands systèmes du Monde» - Galiléo Galiléi (1632- Editions du Seuil,
septembre 1992).
Dès le début du XVIIe siècle, Galiléo Galiléi est convaincu par le modèle héliocentrique du monde (la Terre n’est pas le
centre de tout mais tourne autour du soleil). L’un des arguments principaux des détracteurs de Galilée consiste à
affirmer que nous devrions nous rendre compte d’un mouvement éventuel de la Terre.
Par l’intermédiaire du dialogue entre les deux personnages fictifs - Simplicio et Salviati - Galilée essaie de réfuter cet
argument.
« Simplicio : Laissons tomber une boule de plomb du haut d’un mât d’un navire au repos et notons l’endroit où elle
arrive, tout près du pied du mât : si du même endroit, on laisse tomber la même boule quand le navire est en
mouvement(1), le lieu de sa percussion sera éloigné de l’autre (c’est-à-dire du pied du mât du navire) d’une distance
égale à celle que le navire aura parcouru pendant le temps de chute, et tout simplement parce que le mouvement
naturel de la boule, laissée à sa liberté (posta in sua liberta) se fait en ligne droite vers le centre de la Terre.
Salviati : Très bien. Avez-vous jamais fait l’expérience du navire ?
Simplicio : Je ne l’ai jamais faite, mais je crois vraiment que les auteurs qui la présentent en ont fait soigneusement
l’observation …
Salviati : … Que n’importe qui la fasse et il trouvera en effet que l’expérience montre le contraire de ce qui est écrit :
la boule tombe au même endroit du navire, que celui-ci soit à l’arrêt ou avance à n’importe quelle vitesse(1). Le
même raisonnement valant pour le navire et pour la Terre, si la pierre tombe toujours à la verticale au pied de la
tour, on ne peut rien en conclure quand au mouvement ou au repos de la Terre… »
(1) On considèrera dans cette étude que les frottements sont négligeables et que le navire en mouvement rectiligne
uniforme (c'est-à-dire un mouvement en ligne droite à vitesse constante).
Question : Avec le point de vue de Simplicio, puis le point de vue de Salviati, représenter sur les schémas ci-dessous
quelques positions de la boule de plomb (vous dessinerez donc des chronophotographies) lorsque le bateau est au
repos ou en mouvement rectiligne uniforme (par rapport au quai).
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2nde
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II. La réponse (ou presque) en vidéo
Par analogie, nous allons étudier le mouvement d’une balle lâchée par un cycliste afin de répondre à la question
posée par Galilée.
Le traitement d’une vidéo nous permettra, peut-être, de répondre à la question «où tombe la balle ? ».
La vidéo utilisée est nommée ……………………….
Elle est disponible sur le serveur élève dans les Ressources / Physique / 2nde7 / Sport.
Nous utiliserons un logiciel de pointage …………… qui permet de repérer la position de différents points sur une vidéo.
Il se trouve sur le serveur élève dans Physique / Regressi.
a) Formuler une hypothèse sur le mouvement d’une balle lâchée par un cycliste
Un cycliste se déplaçant à vitesse constante sur une route rectiligne lâche une balle qu’il tenait dans la main sans
la lancer.
Représenter sur le schéma ci-dessous la trajectoire du centre de la roue en vert, celle de la balle en rouge et celle
de la valve en bleu que vous envisagez.
Indiquer individuellement, à l'aide d'un schéma, où se trouveront, le cycliste et la balle lorsque celle-ci touchera le sol. Confronter votre schéma avec les deux autres du groupe et chercher à justifier votre prévision.
Pour vous aider : Coup de pouce n° 1 : http://www.jf-noblet.fr/mouve2/velo.htm
b) Obtention de la chronophotographie du mouvement à l’aide du logiciel de pointage REGAVI
La chronophotographie est un moyen d’étudier des mouvements rapides en prenant des photos à intervalles de
temps réguliers mais très rapprochés. Il est possible d’utiliser une vidéo en considérant chaque image comme une
photographie.
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En vous aidant de votre compagnon (outil 15) :
Lancer le logiciel
Ouvrir le fichier vidéo …………………………………….
Se servir des commandes de la vidéo pour la visionner.
Paramétrer le logiciel
o Zoom : Permet d’agrandir l’image.
o Echelle : Se servir de la règle du personnage. Cliquer sur « échelle », puis amener le curseur sur le
bas de la règle, cliquer, puis déplacer sur le haut de la règle et cliquer.
o Orientation des axes : vers le haut et vers la droite
o Origine du repère : Faire avancer la vidéo image par image jusqu’à observer le cycliste lâchant la
balle et positionner l’origine du repère sur la balle.
o Choisir 3 points par image (la balle (1) ; le centre de la roue (2) et la valve (3))
« Mesures » : Pointer les positions de la balle (point 1), du centre de la roue (point 2) et de la valve (point 3).
La vidéo avance automatiquement à l’image suivante. Répéter l’opération jusqu’à ce que la vidéo se
termine.
Cliquer sur l’icône TRAITER : Le fichier de mesures et envoyé dans le logiciel de traitement.
c) Exploitation de la chronophotographie à l’aide du tableur REGRESSI
Trajectoire du centre de la roue dans le référentiel terrestre : Faire tracer y2 en fonction de x2.
On observe la trajectoire du centre de la roue par rapport au sol (référentiel terrestre)
Décrire et tracer l’allure de cette trajectoire.
Trajectoire de la balle dans le référentiel terrestre : Faire tracer y1 en fonction de x1.
On observe la trajectoire de la balle par rapport au sol (référentiel terrestre)
Décrire et tracer l’allure de cette trajectoire.
Trajectoire de la valve dans le référentiel terrestre : Faire tracer y3 en fonction de x3.
On observe la trajectoire de la balle par rapport au sol (référentiel terrestre)
Décrire et tracer l’allure de cette trajectoire.
Trajectoire de la balle dans le référentiel du vélo ou du cycliste : Faire tracer y4 en fonction de x4.
Afin d’observer cette trajectoire, il faut faire calculer par REGRESSI x4 : la différence entre les abscisses x1 – x2 et
y4 : la différence entre les ordonnées y1 – y2. Coordonnées balle – coordonnées centre de la roue.
A l’aide de la notice REGRESSI (Outil 7) :
Créer la grandeur abscisse de la balle par rapport à l’abscisse du centre de la roue
Cliquer sur l’icône « Créer une grandeur », dans la fenêtre :
o Sélectionner « grandeur calculée »
o Symbole de la grandeur : x4
o Unité : m
o Entrer l’expression « x1-x2 »
o OK
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- TP : Référentiel et relativité du mouvement 4 C. Grange-Reynas
Créer la grandeur ordonnée de la balle par rapport à l’ordonnée du centre de la roue
Cliquer sur l’icône « Créer une grandeur », dans la fenêtre :
o Sélectionner « grandeur calculée »
o Symbole de la grandeur : y4
o Unité : m
o Entrer l’expression « y1-y2 »
o OK
Faire tracer y4 en fonction de x4.
On observe la trajectoire de la balle par rapport au cycliste.
Décrire et tracer l’allure de cette trajectoire.
Trajectoire de la valve dans le référentiel du vélo ou du cycliste : Faire tracer y5 en fonction de x5.
Afin d’observer cette trajectoire, il faut faire calculer par REGRESSI x5 : la différence entre les abscisses x3– x2 et
y5 : la différence entre les ordonnées y3 – y2. Coordonnées valve – coordonnées centre de la roue.
Créer la grandeur abscisse de la valve par rapport à l’abscisse du centre de la roue
Cliquer sur l’icône « Créer une grandeur », dans la fenêtre :
o Sélectionner « grandeur calculée »
o Symbole de la grandeur : x5
o Unité : m
o Entrer l’expression « x3 - x2 »
o OK
Créer la grandeur ordonnée de la valve par rapport à l’abscisse du centre de la roue
Cliquer sur l’icône « Créer une grandeur », dans la fenêtre :
o Sélectionner « grandeur calculée »
o Symbole de la grandeur : y5
o Unité : m
o Entrer l’expression « y3 - y2 »
o OK
Faire tracer y5 en fonction de x5.
On observe la trajectoire de la valve par rapport au cycliste.
Décrire et tracer l’allure de cette trajectoire.
