Après le principe d’inertie abordé en classe de seconde et un premier lien entre variation du
vecteur vitesse et somme des forces étudié en classe de première, ce thème traite
notamment de la seconde loi de Newton et de quelques-unes de ses conséquences. La
notion d’accélération nécessite une attention particulière car le terme est utilisé dans la vie
courante avec une signification différente de l’acception scientifique. Les aspects vectoriels,
la dérivée d’un vecteur, le caractère algébrique des projections de l’accélération sont des
objectifs importants de la partie « Décrire un mouvement ».
La seconde loi de Newton conduit ensuite à l’établissement et à la résolution des équations
générales du mouvement dans des situations variées. L’étude des mouvements dans un
champ uniforme permet d’appréhender des situations relevant du quotidien ; l’étude des
mouvements dans un champ de gravitation ouvre les domaines de l’astronomie, de
l’astrophysique, de la conquête spatiale et de l’observation de la Terre depuis l’espace.
Enfin, dans la continuité de l’introduction de la loi fondamentale de la statique des fluides en
classe de première, ce thème se conclut par une introduction à la dynamique des fluides,
avec notamment la mise en œuvre de la relation de Bernoulli, qui permet de décrire de très
nombreux comportements dans des domaines aussi divers que la médecine, la biologie,
l’aéronautique, la géophysique, etc.
Si la rédaction du programme est volontairement concise et centrée sur les notions et
méthodes, il ne s’agit nullement de proposer aux élèves une présentation décontextualisée
de la mécanique ; au contraire, tout en veillant au champ de validité des modèles utilisés, il
est aisé de recourir à des domaines d’études variés : transports, biophysique, sport,
planétologie, etc.
Lors des activités expérimentales, il est possible d’utiliser les outils courants de captation et
de traitement d'images, ainsi que les nombreux capteurs présents dans les smartphones.
L’activité de simulation peut également être mise à profit pour exploiter des modèles à des
échelles d'espace ou de temps difficilement accessibles à l’expérimentation. Ce thème est
l’occasion de développer des capacités de programmation.
2. Relier les actions appliquées à un système à son mouvement
Notions et contenus | Capacités exigibles Activités expérimentales support de la formation |
Savoirs :Deuxième loi de Newton
Centre de masse d’un
système.
Référentiel galiléen.
Deuxième loi de Newton.
Équilibre d'un système. | Savoir-faireJustifier qualitativement la position du centre de masse d’un
système, cette position étant donnée.
Discuter qualitativement du caractère galiléen d’un référentiel
donné pour le mouvement étudié.
Utiliser la deuxième loi de Newton dans des situations
variées pour en déduire :
- le vecteur accélération du centre de masse, les forces
appliquées au système étant connues ;
- la somme des forces appliquées au système, le
mouvement du centre de masse étant connu. |
Savoirs :Mouvement dans un champ
uniforme
Mouvement dans un champ de
pesanteur uniforme.
Champ électrique créé par un
condensateur plan.
Mouvement d’une particule
chargée dans un champ
électrique uniforme. | Savoir-faireMontrer que le mouvement dans un champ uniforme est
plan.
Établir et exploiter les équations horaires du mouvement.
Établir l’équation de la trajectoire.
Discuter de l’influence des grandeurs physiques sur les
caractéristiques du champ électrique créé par un
condensateur plan, son expression étant donnée. |
Savoirs :Principe de l’accélérateur
linéaire de particules
chargées.
Aspects énergétiques. | Savoir-faireDécrire le principe d’un accélérateur linéaire de particules
chargées.
Exploiter la conservation de l’énergie mécanique ou le
théorème de l’énergie cinétique dans le cas du mouvement
dans un champ uniforme.
Utiliser des capteurs ou une vidéo pour déterminer les
équations horaires du mouvement du centre de masse d’un
système dans un champ uniforme. Étudier l’évolution des
énergies cinétique, potentielle et mécanique.
Capacité numérique : Représenter, à partir de données
expérimentales variées, l’évolution des grandeurs
énergétiques d’un système en mouvement dans un champ
uniforme à l’aide d’un langage de programmation ou d’un
tableur.
Capacités mathématiques : Résoudre une équation
différentielle, déterminer la primitive d’une fonction, utiliser la
représentation paramétrique d’une courbe.
|
Savoirs :Mouvement dans un champ
de gravitation
Mouvement des satellites et
des planètes. Orbite.
Lois de Kepler.
Période de révolution.
Satellite géostationnaire. | Savoir-faireDéterminer les caractéristiques des vecteurs vitesse et
accélération du centre de masse d’un système en
mouvement circulaire dans un champ de gravitation
newtonien.
Établir et exploiter la troisième loi de Kepler dans le cas du
mouvement circulaire.
Capacité numérique : Exploiter, à l’aide d’un langage de
programmation, des données astronomiques ou satellitaires
pour tester les deuxième et troisième lois de Kepler. |