Relativité

[boulboul314]

Bonjour,

But : étudier la relativité de 3 solides (voir schéma en fichier attaché).

S1 : solide gris
S2 : solide rouge
S3 : solide bleu

Un être humain tient les 3 solides par la corde (à gauche liée au solide S3) puis la relâche.
Aucune autre hypothèse n'est mentionnée.

Proposition de solution :

S1 est en mouvement par rapport au S2 (référentiel)
S3 est au repos par rapport au S2 (référentiel)

S2 est en mouvement par rapport au S1 (référentiel)
S3 est en mouvement par rapport au S1 (référentiel)

S1 est en mouvement par rapport au S3 (référentiel)
S2 est en mouvement par rapport au S3 (référentiel)

J'ai trouvé cette proposition, est-elle correcte et quelle est l'explication exacte ?

Par avance Merci.
Cordialement;
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[ThM55]

Bonsoir. C'est une question ambigüe. Cela vient d'où?

Je dis que c'est ambigu pour la raison suivante. La corde qui tient les solides n'est jamais un solide parfaitement rigide et indéformable. Brièvement: la mise en mouvement d'une extrémité (celle liée à S1) est transmise de proche en proche à la vitesse du son dans cette corde.

Ici, je suppose qu'il s'agit d'objets dont la masse est de l'ordre du kilogramme et les distance inférieures au mètre, pour une expérience qui est de l'ordre de la seconde. La vitesse caractéristique est donc de l'ordre du mètre par seconde. Comme c'est largement inférieur à la vitesse de propagation du mouvement dans la corde on peut supposer que cette vitesse est quasi infinie et que le mouvement est transmis instantanément. Par conséquent les vitesses relatives entre les solides est nulle à tout instant. Chaque solide est donc au repos par rapport aux autres.

Je ne comprends pas votre proposition. S'agit-il d'un choix multiple ou bien d'une description des instants successifs?

Si on voulait décrire très précisément la séquence des événements (ce que je trouve absurde pour la raison exposée plus haut), on devrait plutôt dire que S1 est le premier à se mettre en mouvement. Donc S1 est d'abord en mouvement par rapport à S2 et S3. Ensuite S2 se met en mouvement. Donc S2 est en mouvement par rapport à S3. Il est toutefois difficile de dire à quel instant S2 et S1 finiront par être en repos relatif ni quand les éventuelles oscillations seront amorties. Avant que S3 ne reçoive la consigne où après? C'est clairement absurde. C'est vraiment très ambigu comme question.

[Amanuensis]

C'est peut-être une question bien plus simple que cela, demandant une réponse au premier ordre, juste pour vérifier la maîtrise élémentaire de la notion de référentiel !

En gros S2 est immobile par rapport à S3 (et réciproquement), et S1 est en mouvement par rapport aux deux autres (et réciproquement), simple effet du changement de direction dû à la poulie !

[boulboul314]

Oui le but de l'exercice est juste pour comprendre la notion de référentiel.

------|-------|--------|---------|-------|
| S1 |S2 |S3 | Table|
------|-------|--------|---------|-------|
S1 | | mob |mob |mob |
------|-------|--------|---------|-------|
S2 | mob | |immob |mob |
------|-------|--------|---------|-------|
S3 |mob | immb | | mob |
----- |-------|--------|---------|-------|
Table| mob | mob | mob |mob |
---------------------------------|-------|
Dans le référentiel S1 : S2 et S3 sont en mouvement.
Dans le référentiel S2 : S1 est en mouvement et S3 est au repos.
Dans le référentiel S3 : S1 est en mouvement et S2 est au repos.
Dans le référentiel Table : S1, S2 et S3 sont en mouvement.


Je n'ai pas compris pourquoi S2 et S3 sont immobiles chacun par rapport à l'autre.

Merci pour vos réponses.

[A voir en vidéo sur Futura]

[boulboul314]

je refait le tableau

Est en mouvement par rapport : S1 S2 S3 Table
S1 mob mob mob
S2 mob immob mob
S3 mob immob mob
Table mob mob mob

[boulboul314]

je refais le tableau (sous forme d'image)

image2.jpg

[Amanuensis]

Je n'ai pas compris pourquoi S2 et S3 sont immobiles chacun par rapport à l'autre.

La notion de vitesse est relative et est vectorielle. L'immobilité relative c'est simplement l'égalité des vitesses en tant que vecteurs, une différence de vitesse nulle.

S2 et S3 ont la même vitesse vectorielle (si on ne cherche pas les très subtiles différences), c'est aussi simple que ça.

(Je précise "vectorielle", car l'usage courant est de parler du module (de l'intensité) de la vitesse, par exemple quand on dit "aller à 90 km/h. Ici faut prendre en compte la direction pas seulement le module, c'est la vitesse en tant que vecteur, qui est la notion physique. En module les trois vitesses sont égales, mais elle ne le sont pas vectoriellement...)

[jacknicklaus]

prenons une image. bleu et rouge sont des wagons d'un train, qui roule sur un voie plate et rectiligne, sans secousses, à vitesse constante. Tu es à la porte de jonction entre les deux wagons.
- pour le référentiel lié à la voie (disons une vache dans son près ), bleu et rouge sont mobiles, et à la même vitesse.
- pour le référentiel lié à rouge, bleu est immobile : de là ou tu es, tu observe que jamais il ne s'éloigne ni se rapproche de rouge.

[boulboul314]

Bonjour,

merci pour vos réponses mais toujours je n'arrive pas à comprendre l'explication physique (cinématique) pourquoi par exemple si S2 est le référentiel:

S1 est en mouvement par rapport à S2.
S3 est au repos par rapport à S2

Sachant, il ne s'agit pas de wagons avce des roues (schéma récupéré sur Internet pour schématiser mon problème) mais des solides S2 et S3 posés directement sur sur une table liés par une corde.


Les solides ont ils la même vitesse ?

Si on applique la 2ème loi de Newton, le système à la même accélération (a) ? => Les solides ont la même vitesse (V) ? => ils parcourent la même distance (D) ? sont ils au repos les uns par rapport aux autres ?

Je ne suis pas un physicien, j'essaye d'aider un élève à comprendre sa leçon. J'essaye de collecter des informations à droite et à gauche sur Internet. La cinématique est derrière moi depuis belle lurette (depuis mon bac).

Par avance Merci.

[gts2]

Bonjour,

Le problème dans votre raisonnement est que vous oubliez le côté vectoriel : les trois solides ont bien la même accélération et vitesse en norme, mais pas en direction : rouge et bleu se déplacent horizontalement, gris verticalement.

Dans le référentiel S2, S3 a toujours la même position (distance horizontale constante, pas de variation verticale)

Dans le référentiel S2, S1 monte (ou descend) et la distance horizontale varie.

[boulboul314]

Merci à tous.

Merci en particulier à gts2 et Amanuensis , c'est clair, ils n'ont pas la même vitesse vectorielle (il faut raisonner vitesse vectorielle et non par la norme).
Dans ce cas, peut-on faire également le même raisonnement par rapport à la distance c.à.d que les 3 solides peuvent parcourir la même distance (norme) (rappel : sens de déplacement de gauche vers la droite c.a.d le solide S1 descend) mais ils n'ont pas la même distance vectorielle.
Si oui pourquoi S3 est au repos par rapport à S2 s'ils ne parcourent pas la même distance vectorielle ?

Merci par avance.

[gts2]

S3 est au repos par rapport à S2, car ils parcourent la même distance vectorielle par rapport au socle, disons qu'ils se déplacent tous les deux horizontalement de, disons, 10 cm.

Ceci étant, un raisonnement en distance est un raisonnement intégré entre l'instant de départ et d'arrivée, et on peut imaginer des tas de choses entre ces deux instants, on peut très bien supposer que l'un descend pendant que l'autre monte puis l'inverse pour se retrouver à la fin avec le même déplacement, il vaut donc mieux raisonner à un instant donné en vitesse.

[Amanuensis]

Dans ce cas, peut-on faire également le même raisonnement par rapport à la distance c.à.d que les 3 solides peuvent parcourir la même distance (norme)

Si on précise "dans la même durée", cela revient à parler de vitesse moyenne.

Si c'est en des durées distinctes, pas clair ce quoi on parle.

[boulboul314]

Qu'est ce qui nous garanti que S3 (solide bleu) et S2 (solide rouge) auront parcouru la même distance (horizontale) de X cm à l'instant t => une distance constante, et non pas chacun sa distance de déplacement en particulier s'ils ont des masses différentes S3 (m3) et S2 (m2).

Merci vos retours.

[Amanuensis]

La tension de la ficelle.

(Et des hypothèses annexes, qui sont tacites : la ficelle n'est pas (ou de manière négligeable) élastique, et ne rompt pas. Si elle rompt il est évident que les distances de déplacement vont être différentes !)

[boulboul314]

Merci beaucoup.