CHANGEMENT DE RÉFÉRENTIEL - exercices
A. EXERCICES DE BASE
Trajectoires de mouvements composés
• Le plan étant rapporté à un
repère orthonormé,
on considère un point ,
initialement immobile en puis
décrivant l’axe avec une
accélération constante . Quelle
est sa trajectoire pour un observateur parcourant l’axe avec une
vitesse constante ?
Trajectoires de mouvements composés
• Le plan étant rapporté à un
repère orthonormé,
on considère un point qui décrit
l’axe avec une
vitesse constante . On lui
associe un repère
avec
et
confondus.
• Un point décrit un
cercle de centre et de
rayon à la vitesse
angulaire constante .
• Déterminer les équations
paramétriques (c'est à dire en fonction de ) pour la
trajectoire de par rapport
au référentiel associé à , puis
tracer l’allure de la trajectoire correspondante dans les trois cas
:
;
; .
Référentiel en rotation
• Un manège tourne à une
vitesse angulaire constante .
Un homme ramasse les tickets : en partant du centre à , il
suit un rayon de la plate-forme avec un mouvement de vitesse
constante (par rapport
au manège).
1. • Établir les équations paramétriques de la
trajectoire (c'est à dire en fonction de ), puis
l’équation de la trajectoire (en éliminant le temps) :
a) dans le référentiel lié au
manège ;
b) dans le référentiel lié au sol.
◊ indication : les coordonnées
polaires peuvent simplifier certains calculs intermédiaires.
2. • Exprimer la vitesse du mouvement de l’homme
par rapport à :
a) à partir des équations
paramétriques dans ;
b) par composition des
mouvements (interpréter chaque terme).
3. • Exprimer l’accélération du mouvement de
l’homme par rapport à
:
a) à partir des équations
paramétriques dans
;
b) par composition des
mouvements (interpréter chaque terme).
Référentiel en rotation
• Dans le plan , un cercle
de diamètre et de
centre tourne à la
vitesse angulaire constante autour de
l’origine . On associe
à son centre un repère
orthogonal dont
l’axe est
suivant . À
l’instant le
point est sur (qui est
donc confondu avec ).
• Un point ,
initialement en , parcourt en
outre la circonférence dans le sens positif avec la même vitesse
angulaire .
1. • Calculer les coordonnées de la vitesse et de
l’accélération de dans le
référentiel associé
à .
2. • Calculer les coordonnées de la vitesse et de
l’accélération de dans le
référentiel associé
à .
3. • Retrouver les résultats de la question (1)
en utilisant la composition des mouvements.
B. EXERCICE D’APPROFONDISSEMENT
Vecteur “rotation d’entraînement” instantané
• Soient un repère
associé à un référentiel et un
repère
associé à un référentiel en mouvement
par rapport à
. Les
vecteurs fixes de étant
inchangés par translation, on étudie le changement de référentiel en
le considérant comme une translation de l’origine combinée à une
rotation de la base de vecteurs.
• En dérivant les relations du
type :
et
, vérifier que le vecteur défini par :
est tel que dans : et
de même pour
et
.
• En déduire que de même
dans : pour tout
vecteur
constant dans .
◊ remarque : le vecteur
est appelé “vecteur rotation d’entraînement” de
par rapport
à
; il n’est
généralement pas constant.