Un système est un ensemble d’objets ou de particules dont l’étude permet de comprendre le phénomène physique en question. Par exemple, dans le contexte de décrire un mouvement, le système pourrait être une voiture, un projectile, une planète, etc.
Pour décrire correctement le mouvement d’un système, il faut d’abord identifier les échelles temporelles et spatiales pertinentes. L’échelle temporelle est la durée pendant laquelle le système est étudié, tandis que l’échelle spatiale est la distance sur laquelle le système est étudié. Par exemple, si nous étudions le mouvement d’une voiture sur une route, l’échelle temporelle pourrait être de quelques secondes à quelques heures, et l’échelle spatiale de quelques mètres à plusieurs kilomètres.
La description d’un mouvement est toujours relative à un référentiel, qui est généralement un système de coordonnées qui permet de situer des positions dans l’espace. Par exemple, un référentiel peut être un observateur immobile sur le sol, un passager à bord d’un train, ou le centre de la Terre.
L’importance du choix du référentiel réside dans le fait que le mouvement d’un système peut apparaître différent selon le référentiel choisi. Par exemple, pour un passager dans un train en mouvement, un autre passager dans le même train semble immobile (dans le référentiel du train), alors qu’il semble se déplacer à grande vitesse pour un observateur au sol (dans le référentiel terrestre).
Il est souvent pratique de modéliser un système par un point, ce qui permet de simplifier la description du mouvement. Par exemple, nous pourrions modéliser une voiture par son centre de masse.
Cependant, cette simplification entraîne une perte d’informations, car elle néglige les détails internes du système, comme la rotation ou la déformation du système.
La trajectoire d’un point est l’ensemble des positions qu’il occupe au cours du temps. Elle peut être droite (mouvement rectiligne), courbe (mouvement curviligne), ou une combinaison des deux.
Le vecteur déplacement d’un point est le vecteur qui pointe de la position initiale à la position finale du point. Sa magnitude est égale à la distance entre ces deux points, et sa direction est celle de la ligne droite qui les relie.
Le vecteur vitesse moyenne d’un point est défini comme le vecteur déplacement divisé par le temps qu’il a fallu pour effectuer ce déplacement. Sa magnitude est égale à la distance parcourue divisée par le temps, et sa direction est celle du déplacement.
Un mouvement est dit rectiligne si la trajectoire du point est une ligne droite. Il est uniforme si la vitesse est constante, c’est-à-dire si la distance parcourue est la même pour chaque intervalle de temps. Si la vitesse n’est pas constante, le mouvement est non uniforme.
Dans le cas d’un mouvement rectiligne non uniforme, la vitesse moyenne peut toujours être calculée sur un intervalle de temps, mais la vitesse instantanée à un moment précis peut nécessiter l’utilisation de limites et de dérivées, des concepts du calcul différentiel.