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La Physique-Chimie autrement
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La relativité : naissance d’une théorie

On doit à Galilée le premier énoncé d’une constatation fondamentale au sujet des lois de la physique, aujourd’hui connue sous le nom de « principe de relativité ».

1
D’après le texte de Galilée, penses-tu pouvoir déterminer si ton laboratoire est immobile ou en mouvement rectiligne uniforme, à partir du résultat de tes expériences ?



2
As-tu repéré avec quelle expression Galilée évoque le caractère rectiligne du mouvement du bateau ?



3
Einstein a énormément apporté à la connaissance scientifique. Fais des recherche pour identifier les avancées majeures qu’il a permises.

Doc. 1
Galilée explique la notion de relativité.

« Enfermez-vous avec un ami dans la cabine principale à l’intérieur d’un grand bateau et prenez avec vous des [...] petits animaux volants. [...] Suspendez une bouteille qui se vide goutte à goutte. [...] Avec le bateau à l’arrêt, observez [...] comment les petits animaux volent à des vitesses égales vers tous les côtés de la cabine. [...] Les gouttes tombent dans le récipient en dessous, [...] et si vous sautez à pieds joints, vous franchissez des distances égales dans toutes les directions. Lorsque vous aurez observé toutes ces choses [...], faites avancer le bateau [...]. Pour autant que la vitesse soit uniforme [...] et ne  uctue pas de part et d’autre, vous ne verrez pas le moindre changement dans aucun des efets mentionnés et [...] aucun d’eux ne vous permettra de dire si le bateau est en mouvement ou à l’arrêt ... »

D’après Galilée, Dialogue sur les deux plus grands systèmes du monde, 1632.

Doc. 2
Relativité galiléenne: Y a-t-il un « vrai mouvement » ?

<stamp theme='pc-green1'>Doc. 2</stamp> Relativité galiléenne: Y a-t-il un « vrai mouvement » ?

Doc. 3
De la relativité de Galilée à celle d’Einstein.

La relativité galiléenne permet de prévoir les mouvements perçus en fonction du référentiel d’étude. Par exemple, un mouvement à 5 km/h vers l’avant d’un train iflant à 300 km/h est un mouvement à 305 km/h par rapport aux rails.
Mais à l’époque de Galilée, les mouvements étudiés ne mettent en jeux que des vitesses plutôt faibles, ce qui limite la physique développée à partir de ces observations. Au XIXe, la lumière commence à intéresser les chercheurs, et en 1905 Einstein prédit avec justesse que les ondes électromagnétiques ne respectent pas la relativité de Galilée.

▲ Galilée (1564-1642).

▲ Galilée (1564-1642).


▲ Einstein (1879-1955).

▲ Einstein (1879-1955).

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Mesurer la vitesse du bateau… pas si simple

Les skippers du Vendée Globe sont équipés de plusieurs instruments permettant la mesure de la vitesse du bateau, en particulier le loch-speedo et le capteur GPS.

1
As-tu bien compris pourquoi on peut mesurer deux vitesses différentes ?



2
Le poisson se laisse porter par le courant ; s’il pouvait mesurer la vitesse à laquelle le bateau le double, quelle valeur obtiendrait-il ?



Doc. 1
Deux manières de mesurer la vitesse d’un voilier.

Le loch-speedo est un capteur de vitesse qui permet de connaitre la vitesse du bateau par rapport à l’eau. Le capteur GPS permet, lui, de déterminer la vitesse du bateau par rapport à la Terre.

Doc. 2
Mesure de la vitesse au speedo et au GPS.

<stamp theme='pc-green1'>Doc. 2</stamp> Mesure de la vitesse au speedo et au GPS.

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Faire des chronophotographies !

Étapes de la fabrication : Matériel : - Un smartphone connecté.- Une application de chronophotographie.- Un trépied pour smartphone. Installe une application en tapant le mot clé « chronophotographie ». Tu peux utiliser Motion Shot par exemple. Consulte la fiche méthode fixe ton smartphone et fais ton enregistrement. Choisis la durée entre deux images pour optimiser le rendu. Des questions à se poser :

1
Pourquoi le logiciel utilise-t-il des images séparées de la même durée pour assembler la chronophotographie ?



2
D’après ta chronophotographie, quelles sont les caractéristiques du mouvement que tu as enregistré ?




Doc. 1
Chronophotographie de trois balles de tennis.

<stamp theme='pc-green1'>Doc. 1</stamp> Chronophotographie de trois balles de tennis.

Explication scientifique

Avec un intervalle de temps constant, tu peux voir si la distance parcourue lors de cette durée change et savoir ainsi si la vitesse change. On peut décrire la trajectoire de l’objet et l’évolution de sa vitesse. Le time-lapse et le slow-motion permettent d’étudier des mouvements lents ou rapides.
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