Description du mouvement
Système et référentiel
En physique, un système est l'objet ou l'ensemble d'objets dont on étudie le mouvement. Tout ce qui n'appartient pas au système est considéré comme l'extérieur. Le choix du système est la première étape de toute analyse.
Le référentiel est un objet (ou un ensemble d'objets) par rapport auquel on étudie le mouvement du système. Il est associé à une origine et à un système d'axes. Le mouvement d'un objet est toujours relatif au référentiel choisi. Par exemple, une personne assise dans un train est immobile par rapport au train, mais en mouvement par rapport au quai.
Il existe plusieurs référentiels usuels :
- Le référentiel terrestre : lié à la Terre, utilisé pour les mouvements à l'échelle humaine (voiture, ballon, etc.). Son origine est un point fixe à la surface de la Terre.
- Le référentiel géocentrique : son origine est le centre de la Terre et ses axes sont dirigés vers des étoiles lointaines considérées comme fixes. Il est adapté pour l'étude du mouvement des satellites terrestres ou de la Lune.
- Le référentiel héliocentrique (ou de Copernic) : son origine est le centre du Soleil et ses axes sont dirigés vers des étoiles lointaines. Il est utilisé pour l'étude du mouvement des planètes autour du Soleil.
Vecteur position et trajectoire
Pour localiser un point M dans l'espace à un instant donné, on utilise son vecteur position . Dans un repère cartésien , le vecteur position a pour coordonnées : Les coordonnées , et sont les fonctions horaires du mouvement.
La trajectoire est l'ensemble des positions successives occupées par le point M au cours du temps. C'est la ligne décrite par le mobile dans le référentiel choisi. Elle peut être rectiligne, circulaire, parabolique, etc.
Vecteur vitesse
La vitesse moyenne entre deux instants et est le rapport de la distance parcourue à la durée du parcours : Cependant, pour décrire le mouvement avec précision à chaque instant, on utilise le vecteur vitesse instantanée. Il est défini comme la dérivée du vecteur position par rapport au temps : Ses caractéristiques sont :
- Direction : tangente à la trajectoire au point considéré.
- Sens : celui du mouvement.
- Valeur (norme) : la vitesse instantanée, exprimée en mètres par seconde (m/s).
Vecteur accélération
Le vecteur accélération décrit la variation du vecteur vitesse au cours du temps. C'est la dérivée du vecteur vitesse par rapport au temps :
- Si le vecteur vitesse change de direction et/ou de norme (valeur), alors il y a accélération.
- L'unité de l'accélération est le mètre par seconde carrée (m/s²).
- Si la vitesse augmente, le vecteur accélération a une composante dans le sens du mouvement. Si la vitesse diminue, il a une composante opposée.
- Un mouvement rectiligne uniforme a une accélération nulle. Un mouvement circulaire uniforme a une accélération non nulle (centripète) car la direction de la vitesse change.


