Nous expliquons ce qu’est la cinématique et quelle est l’origine de cette branche de la physique. Eléments de cinématique et exemples d’application.
>Qu’est-ce que la cinématique ?
La cinématique est une branche de la physique qui étudie le mouvement des objets solides et leur trajectoire en fonction du temps , sans tenir compte de l’origine des forces qui le motivent. Pour cela, la vitesse (changement de déplacement par unité de temps ) et l’accélération (changement de vitesse) du mobile sont prises en compte.
Les origines de la cinématique remontent à l’ astronomie antique , lorsque des astronomes et des philosophes comme Galileo Galilei observaient le mouvement des sphères sur des plans inclinés et en chute libre pour comprendre le mouvement des corps célestes . Ces études, ainsi que celles de Nicolaus Copernicus, Tycho Brahe et Johannes Kepler, ont servi de référence à Isaac Newton pour formuler ses trois lois du mouvement , et tout cela a fondé la cinématique moderne au début du XVIIIe siècle.
Les apports des Français Jean Le Rond d’Alembert, Leonhard Euler et André-Marie Ampère ont été déterminants dans l’établissement de cette discipline , baptisée par Ampère lui-même sous le nom de cinématique (du grec kinéin , bouger, bouger).
La postulation bien plus tardive de la relativité par Albert Einstein allait bouleverser cette discipline et fonder la cinématique relativiste, dans laquelle le temps et l’espace ne sont pas des dimensions absolues, comme l’est la vitesse de la lumière .
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éléments de cinématique
Les éléments de base de la cinématique sont au nombre de trois : l’espace, le temps et un mobile . Rappelons qu’en mécanique classique les deux premiers (temps et espace) sont des dimensions absolues, indépendantes du mobile et antérieures à son existence.
L’espace est décrit par la géométrie euclidienne, le temps est considéré comme unique dans n’importe quelle région de l’ univers , et un mobile peut être n’importe quel corps en mouvement . Les mobiles les plus simples sont les particules (et leur étude ouvre le champ de la cinématique des particules), mais les solides rigides (analogues à un système de particules et correspondant à ce que l’on appelle corps ou objets) sont plus fréquemment considérés.
En ce sens, la cinématique classique envisage les types de mouvement suivants :
- Mouvement de ligne uniforme. Un corps se déplace à une vitesse constante v, avec une accélération nulle en ligne droite.
- Mouvement rectiligne uniformément accéléré. Un corps se déplace à une vitesse qui varie linéairement (puisque son accélération est constante) au cours du temps.
- Mouvement harmonique simple. C’est un mouvement périodique de va-et-vient dans lequel un corps oscille autour d’un point d’équilibre dans une direction donnée et dans des unités de temps régulières.
- Mouvement parabolique. C’est la composition de deux mouvements rectilignes différents : l’un horizontal et à vitesse constante, l’autre vertical et uniformément accéléré.
- Mouvement circulaire uniforme. Comme son nom l’indique, c’est le mouvement qui trace des cercles parfaits sur sa trajectoire, gardant le module de sa vitesse inchangé dans le temps.
- Mouvement circulaire uniformément accéléré. C’est le mouvement qui trace des cercles parfaits sur sa trajectoire, mais avec une vitesse dont l’amplitude varie dans le temps.
- Mouvement harmonique complexe . C’est la combinaison de divers mouvements harmoniques simples, dans des directions différentes.
exemples de cinématiques
La plupart des mouvements connus à la surface de la Terre sont de bons exemples d’études cinématiques. La chute d’un corps , par exemple, est un mouvement uniformément accéléré par la force de gravité que la Terre exerce sur tous les objets. Cette force est ce que nous appelons le poids et elle pointe vers le centre de la planète.
Un autre exemple est un corps suspendu à un élastique , tel qu’un ressort, dont le mouvement sera harmonique simple ou complexe selon les forces que nous exerçons sur lui.
Enfin, le mouvement des aiguilles d’une horloge ou d’un objet en vrac à l’intérieur d’une centrifugeuse (vêtements dans la machine à laver, par exemple), peut être utilisé pour illustrer respectivement un mouvement circulaire uniforme ou accéléré.
