Avec Gravity simulator Obs. Lyon –PhM 2013-2014 v. 2.0.0 - 2002.

avec

Gravity simulator

Obs. Lyon –PhM 2013-2014

v. 2.0.0 - 2002

2014/03/22 Simulation de la Gravité (Obs. Lyon - PhM 2013-2014) 2

Chargement du programme Gravity Simulator

Aller à la page : http://www.orbitsimulator.com/gravity/articles/downloadagree.html

Télécharger le fichier : GravitySimulatorSetup.exe.

L’exécuter pour installer le programme.

Télécharger les fichiers de simulations contenus dans gsimul.zip ou demander la clé USB.

►

http://www.orbitsimulator.com/gravity/articles/downloadagree.html


Gravity Simulator et postes Observatoire

Un grave problème de compatibilité est apparu avec le système Windows 2003 Server qui gère les postes de la salle.

Pour lancer une simulation, il faut faire glisser le fichier (extension gsim) de son répertoire sur l’icône du programme.

La sauvegarde pose aussi problème, car le programme aborte.

Il n’y a plus qu’à relancer.

►


Ce programme, un peu caractériel, se saborde facilement si l’on oublie certains paramètres. Pour éviter cela, il est conseillé de partir d’exemples qui fonctionnent et de les transformer pas à pas.

Avertissements

L’écran graphique a la particularité d’avoir les x positifs à gauche et les y positifs en bas.

X >0

y >0

y <0

X <0

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Tutoriel

Il existe un tutoriel en ligne à l’adresse :

http://orbitsimulator.com/gravity/tutorials/tutorials.html

Sur ce site il existe un nombre important de simulations complexes :

http://www.orbitsimulator.com/gravity/articles/simu.html

Le programme permet aussi de simuler des sondes spatiales en ayant la possibilité de les accélérer ou ralentir par impulsions.

Notre but aujourd’hui sera plus simple :

- Prise en main pour savoir utiliser les principales fenêtres de commandes et d’information

- Construire des situations simples montrant clairement les effets de la gravitation.

Un petit texte pour faciliter l’initiation est téléchargeable à :

http://cral.univ-lyon1.fr/labo/fc/cdroms/cdrom2014/gravitation/index.html

►

http://orbitsimulator.com/gravity/tutorials/tutorials.html

http://www.orbitsimulator.com/gravity/articles/simu.html

http://cral.univ-lyon1.fr/labo/fc/cdroms/cdrom2014/gravitation/index.html


Quelques simulations d’initiation

A t = 0, deux objets de même masse sont au repos.

Combien de temps vont-il mettre pour se heurter ?

La Terre sans vitesse tombe sur le Soleil. En combien de temps ?

Construction su système Terre Lune.

Ejection d’un petit corps.

Et cætera

►


Les petites fenêtres

Ouvrir le fichier Terre-Lune-simple.gsim

Le programme démarre avec la sauvegarde automatique de la configuration lors de la dernière fermeture.

Lancer le programme gravitysimulator.exe

Icône :

Fichier : resume.gsim.

Si la simulation est active, l’arrêter par la commande de la ligne de menu :

Time / Pause

►


Les fenêtres de contrôle de base

Au lancement si aucune fenêtre n’est visible, les faire apparaître par :

Cinq petites fenêtres apparaissent :

Les dimensions de ces petites fenêtres ne peuvent être changées.

Elles peuvent être déplacées à volonté.

Touche F8 ou F9

►

Plein écran : touche F11Sortie plein écran : touche Esc



Echelle de la fenêtre

: zoom grossissant d’un facteur 1.5

Dimension de la largeur de la fenêtre écran, pleine page

: zoom diminuant d’un facteur 1.5

L’unité d’affichage change automatiquement :

LY (année lumière, AU (unité astronomique), Km, m, cm.

Lancer la simulation :

soit

soit

►



Arrêt – Marche et pas d’exécution

2 - Pas temporel d’exécution du calcul, en secondes

1 - Bouton bascule d’arrêt-Marche

3 - variation du pas + et - : de calcul par un facteur 2.

Un pas plus grand permet d’avancer rapidement dans le temps.

Un pas plus petit permet de mieux suivre un phénomène rapide.

Attention : Un pas trop grand peut amener des aberrations de calcul.

Pour les pas très petits (<001 secondes) l’affichage du pas ne se fait plus.

Le pas peut être changé à tout moment, même en mode d’exécution.

►



Objet de référence des distances et des vitesses affichées.

Fenêtre d’information du temps

Date à l’anglo-saxonne : mois-jour-année

Heures – minutes - secondes

Les date et heure se changent dans le menu Time / Set Time…

En mode absolu, c’est l’objet au centre de l’écran.

Mode absolu : voir diapositives suivantes.

L’affichage d’un changement de date et/ou d’heure ne se fait qu’au lancement de la simulation.

Changement

►



Fenêtre de configuration du graphique.

L : label – bouton bascule d’affichage du nom des objets

T : plot – bouton bascule d’affichage de la trace

P : plot – bouton bascule d’affichage des objets

Remarques :

- L’affichage des labels et des traces ralentit les calculs.

- Le balayage des labels peut effacer la trace là ou passent les noms.

►



Bouton bascule F ou A

Si A affiché, on est en mode flottant (centre de gravité fixe et centré).

Si on appuie sur A, on passe en mode absolu, l’objet du « Focus objet » devient centré.

Si F affiché, on est en mode absolu, l’objet du « Focus objet » est centré.

Si on appuie sur F, on passe en mode flottant, le centre de gravité est fixe et centré.

Fenêtre de configuration du graphique.

►



Changement de centre de référence à la place d’un objet de référence.

Attention – à l’expérience ce mode ne marche pas correctement. Il est donc recommandé de ne pas s’en servir.

Apparait la flèche curseur qui permet de repasser au mode normal sur un objet.

Clic sur le réticule, change le pointeur de la souris en curseur en croix.

On peut alors cliquez sur un point du graphique qui devient le point de Référence.


Les fenêtres d’information

Les boîtes de Distances et Vitesses

Par le menu View / Add Distance And Velocity Box

Dans une boîte, on peut changer l’objet de référence et l’objet dont on veut la distance et la vitesse.

Il est possible d’ouvrir plusieurs boîtes simultanément sur des objets différents.

Passer le curseur de la souris sur la fenêtre :

Choisir les objets : référence et corps. ►


Les fenêtres d’information

Les boîtes d’éléments orbitaux

Par le menu View / Add Orbital Elements Box

Dans une boîte, on peut changer l’objet de référence et l’objet dont on veut les éléments.

Il est possible d’ouvrir plusieurs boîtes simultanément sur des corps différents.

►


Edition des objets

Pour une initiation à ce programme, nous resterons dans un univers plan.

Les composantes Z des positions et vitesses des corps doivent être toujours à 0.

La création de nouveaux corps est assez complexe et demande quelques connaissances du repérage des orbites dans le plan de l’écliptique.

Pour construire les simulations, nous partirons de fichiers exemples très simples à 2, 3 ou 4 corps. Il suffira d’éditer ces configurations et d’en changer les valeurs initiales.

Le temps est daté. La date origine, par convention sera le 1er janvier 2000.

►


Edition des objets

Exemple très simple :

Combien de temps pour la chute de la Lune sur la Terre ?

Charger le fichier Terre-Lune_0.gsim

L’éditer pour voir son contenu

- 1 Terre (corps de référence) et 1 Lune à 380000 km, sans vitesses à l’instant 0.

►


Edition des objets

Les onglets d’édition des 2 corps.

Repèrer où changer :

Les noms

Les masses

Les dimensions

La position

Le vecteur vitesse

Et aussi l’objet de référence

Bien tenir compte des unités cochées.

On ne peut éditer qu’un objet à la fois.

La couleur

Ne pas oublier : « Apply »►


Edition des objets

Tout peut être changé, mais en faisant attention à ne pas bouleverser les références.

On laissera les composantes Z à 0.

La composante X de Location a un bug d’édition :

Pour y rentrer une valeur négative, mettre au moins un chiffre avant de mettre le signe moins !

Important !

Quand on change des valeurs ne pas oublier de faire « Apply » avant de sortir de l’éditeur.

►


De la chute des corps et de l’inertie

Laissons tomber la Lune sur la Terre

Démarrer

En jouant sur le pas du calcul et sur l’échelle du graphique, arrêter la chute juste avant le contact

Résultat ?

Rééditer les objets.

►

Faire pause pour mieux maîtriser la progression.


4j 1

7h37

min


Rééditer les objets.

Le choix d’un repère absolu, le point O d’origine est toujours au centre de l’écran.

La terre s’est approchée de la Lune de 4400 km

La Lune a parcourue 380000-9000 km

Il n’a suffit que de 4 jours et 17h37min

La vitesse de la Lune est de -9.35 km /s

La vitesse de la Terre est de 0.12 km /s

Vitesse relative 9.47 km/s

►


4j 1

7h37

min


Reprendre le même fichier :

L’éditer pour l’adapter au couple Soleil - Terre

Refaire l’expérience

Temps de chute ?

Charger le fichier Terre-Lune_0.gsim

Mettre l’échelle du graphique à 2.46 ua

2 mois 4 jours 19h35min

Vitesse à l’arrivée ?

Déplacement du Soleil ?

610 km/s

Editer l’objet Soleil.

338 km

Vitesse :

►

1.8 m/s.


4j 1

7h37

min

De la chute des corps

Charger le fichier chute_2corps.gsim.

Les laisser tomber sur la Terre.

Ils sont à la même distance

Que constate-t-on ?►

Il y a 3 objets :

Obj1 : (100000 km,-100000 km)

Obj2 : (100000 km, 100000 km)

Arrêter la simulation, juste avant le choc.

Obj1 : un petit de 1000 kg

la Terre, objet de référence.

Obj2 : un plus petit de 1 kg

A l’instant initial, ils n’ont aucune vitesse.


Satellisation

Reprendre le même fichier

Terre-Lune_0.gsim

Si on assimile l’orbite de la Lune à un cercle, qu’est-ce qui nous manque pour ne pas faire tomber la Lune sur la Terre ?

La vitesse !

Quelle vitesse ?

Aide : période sidérale de la Lune : 27.321582 j

On prendra v = 1 km / s

Editer l’objet Lune pour rentrer cette valeur.

►


Satellisation

Le vecteur vitesse est perpendiculaire à la direction Terre-Lune

Avant de lancer la simulation, sauver avec un nouveau nom.

►


Satellisation

Lancer la simulation

Mettre la trace

Augmenter le pas du calcul pour ne pas trop attendre.

Rechercher la période de rotation de cette simulation.

L’orbite est-elle circulaire ?

Faire apparaître la boîte « Orbital Elements »

►


SatellisationObjet : Lune

Objet de référence : Terre

Arrêter la simulation aux deux positions ou l’ordonnées de la Lune est nulle (périgée et apogée).

Dans ces deux positions faire Alt/PrintScreen et relever la date et l’heure.

Et coller ces images des fenêtres dans un éditeur de texte ou autre.

►


SatellisationLa différence de date donne la demi-période.

La boîte donne

12 j 7h 45min 44s

P = 24 j 15h 33min 28s

Le demi-grand axe

L’excentricité

Où est le périgée, à droite ou à gauche ?

Au temps 0, où était la Lune ?

Comparons par rapport aux valeurs vraies de la Lune.

►


Satellisation

Orbite de la Lune :

Demi-grand axe 384 399 kmApogée 405 696 kmPérigée 363 104 kmExcentricité 0,05490Période de révolution 27,321582 jVitesse orbitale moyenne 1,022 km/sVitesse orbitale maximale 1,052 km/s

Que changer pour améliorer notre simulation en positionnant la Lune au périgée du côté des abscisses positives.

Reprendre le même fichier Terre-Lune_0.gsim

Relancer la simulation.

380037 km359183 km338037 km0.0580624.64824 j

Positionner la Lune à son périgée et donner une vitesse un peu plus grande.

Editer l’objet Lune.

389324 km419476 km359172 km0.077447627.8135

Résultats ?

►

3861544091933631050.059727.475

3849504067963631050.05674527.346875


Satellisation

Orbite de la Lune :

Demi-grand axe 384 399 kmApogée 405 696 kmPérigée 363 104 kmExcentricité 0,05490Période de révolution 27,321582 jVitesse orbitale moyenne 1,022 km/sVitesse orbitale maximale 1,052 km/s

Que changer pour améliorer notre simulation en positionnant la Lune au périgée du côté des abscisses positives.

Reprendre le même fichier Terre-Lune_0.gsim

Relancer la simulation.

Positionner la Lune à son périgée et donner une vitesse un peu plus grande.

Editer l’objet Lune.

Résultats ?

►

380037 km359183 km338037 km0.0580624.64824 j

SimulationIMCCE


Trois coprsTerre – Lune – satellite (ou sonde)

Ouvrir le fichier : TLSatel.gsim.

Configuration :

1 - Terre

2 - Lune

3 - Sat : 1 satellite au début en orbite circulaire à 42164 km.

Utiliser le fichier data_systeme solaire.xls pour calculer la vitesse de satellisation à une distance d du centre de la terre.

Lancer la simulation et chercher la période du satellite.

En reprenant à chaque fois le fichier TLSatel.gsim placer le satellite depus en plus loin de la Terre.

Quand la Lune perturbe-t-elle son orbite ?

VG M

d

.


Fin provisoire

Avec Gravity simulator Obs. Lyon –PhM 2013-2014 v. 2.0.0 - 2002.

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Transcript of Avec Gravity simulator Obs. Lyon –PhM 2013-2014 v. 2.0.0 - 2002.