Le mouvement de translation est le mouvement d’un objet sans changement de son orientation par rapport à un point fixe, par opposition au mouvement de rotation, dans lequel l’objet tourne autour d’un axe. En d’autres termes, une flèche peinte sur un objet soumis à un mouvement de translation pur continuerait à pointer dans la même direction ; toute rotation entraînerait un changement de direction de la flèche. Dans le monde réel, la plupart des mouvements sont une combinaison des deux. Dans l’espace, par exemple, des objets tels que des étoiles, des planètes et des astéroïdes changent constamment de position les uns par rapport aux autres, mais tournent aussi invariablement. Une compréhension du mouvement de translation joue un rôle clé dans la physique de base et dans la compréhension du comportement des objets en mouvement en général, des atomes aux galaxies.
En théorie, le mouvement de translation pur n’implique pas nécessairement un déplacement en ligne droite. Il est possible qu’un objet se déplace sur une trajectoire courbe sans changer son orientation ; cependant, dans la plupart des situations réelles, un changement de direction impliquerait de tourner sur un axe, en d’autres termes, une rotation. En aéronautique, le mouvement de translation désigne un mouvement le long d’une ligne droite, en avant ou en arrière, à gauche ou à droite et en haut ou en bas. Lorsqu’un avion survole un aéroport, il change continuellement d’orientation et subit un certain degré de rotation.
Dynamique translationnelle
L’étude du mouvement de translation est connue sous le nom de dynamique de translation et utilise une série d’équations pour analyser le mouvement des objets et comment ils sont affectés par diverses forces. Les outils utilisés pour étudier le mouvement incluent les lois du mouvement de Newton. La première loi, par exemple, stipule qu’un objet ne changera pas de mouvement à moins qu’une force n’agisse sur lui, tandis que la deuxième loi stipule que la force est égale à la masse multipliée par l’accélération. Une autre façon de dire cela est que l’accélération est égale à la force divisée par la masse, ce qui signifie qu’il est plus difficile de changer le mouvement de translation d’un objet massif qu’un objet moins massif. Les forces qui peuvent agir sur un objet comprennent la gravité et la friction.
Atomes et molécules
Au niveau moléculaire, la température d’une substance peut être définie en grande partie en termes de mouvement de translation de ses atomes ou molécules. La rotation joue également un rôle sur le mouvement moléculaire, mais ce n’est pas important en termes de température. Si de la chaleur est appliquée à un solide, l’énergie électromagnétique est convertie en énergie cinétique en ce sens que ses molécules se déplaceront plus rapidement. Cela augmente sa température et peut provoquer une expansion de volume. Si suffisamment de chaleur est appliquée, le matériau fondra à l’état liquide et finira par bouillir pour former un gaz, à mesure que la vitesse moyenne des molécules augmente.
Les molécules d’une substance soumise à la chaleur se comportent conformément aux lois du mouvement de Newton. Les molécules avec plus de masse nécessitent plus de force pour augmenter leur vitesse. Les substances plus lourdes nécessiteront donc généralement plus de chaleur pour les faire fondre ou bouillir. D’autres forces, cependant, peuvent également agir sur les molécules pour les retenir, donc cette règle n’est pas toujours vraie. L’eau, par exemple, a un point d’ébullition plus élevé que prévu pour son poids moléculaire en raison des liaisons hydrogène qui maintiennent les molécules ensemble.
Mouvement au niveau macroscopique
La plupart des mouvements dans le monde physique sont une combinaison de mouvement de translation et de mouvement de rotation, dans lequel ce dernier contrôle la direction sur l’axe tandis que le premier propulse l’objet dans cette direction. Le corps humain se déplace avec une combinaison de ces deux types de mouvement. Les membres tournent sur leurs articulations, fournissant l’impulsion pour un mouvement directionnel, comme la marche. Les humains peuvent marcher de cette manière sur des pentes variables sans changer leur orientation générale.
Des expériences ont déterminé que le mouvement de translation et de rotation combiné est plus efficace en termes d’énergie cinétique que la translation seule. Le mouvement de translation pur crée une friction constante contre ses surfaces environnantes, même l’air, provoquant une plus grande perte d’énergie cinétique et de quantité de mouvement au fil du temps. L’ajout d’un mouvement de rotation réduit la friction, permettant à l’énergie cinétique de persister plus longtemps. Par exemple, une roue roulant le long d’une surface démontre les deux types de mouvement et subit beaucoup moins de friction que ce ne serait le cas si elle était poussée sans aucune rotation.