Chapitre 3 : la gravitationphysikos.free.fr/file/0111-3eme/mouvement et interactions...11 24 22...

Tony Leparoux, professeur de physique-chimie

Chapitre 3 : la gravitation

1/ Rappels sur le Système Solaire (https://www.youtube.com/watch?v=9IkT7L0PyVE)

(activité de découverte maison: l’attraction planétaire)

Distance au soleil

(en km) (en UA)

diamètre en km

Nombre de

satellites

Masse (en kg)

(en mterre)

Rotation (jours)

Durée d’une révolution (en jours)

Vitesse (en

km/h) type Température

(°C)

Masse volumique (en g/cm3)

SOLEIL 0 0

1 392 000

2 x1030

332 800

25 à 36

5526 Variable Moyenne

de 1,4

Mercure 57 910 000

0,39 4 880 0

3,3 x 1023

0,05 58,7 87,97

172440 rocheuse 179

5,4

Vénus 108 200 000

0,72 12 103 0

4,87 x 1024

0,89 243,02 224,7

126000 rocheuse 482

5,3

Terre

Lune

149 600 000 1,0

384 000 km de la Terre

12 756

3480

1 (Lune)

xxxxx

5,98 x 1024

1,00

7,35 x 1022

0,01

1

27,3

365,26

27,3

107280

3679

Rocheuse

rocheuse

15

-23

5,5

3,35

Mars 227 900 000

1,5 6 794

2

6,42 x 1023 0,11

1,02 686,98 86760

rocheuse -63 3,9

Jupiter 778 300 000

5,2 142 984 67

1,90 x 1027 318

0,41 4332,71 47160

gazeuse -121 1,3

Saturne 1 429 000 000

9,5 120 536 62

5,68 x 1026

95 0,44 10759,5

34560 gazeuse -180

0,7

Uranus 2 875 000 000

19,2 51 118 27

8,68 x 1025 17

0,72 30,685,16 24480

gazeuse -193 1,2

Neptune 4 504 000 000

30,1 49 492 11

1,02 x 1026 17

0,67 60190,54 19440

gazeuse -225 1,7

Le système solaire est constitué d’une

étoile, le Soleil, autour de laquelle

gravitent 8 planètes (4 rocheuses et 4

gazeuses), astéroïdes, comètes.

Mémo planète en partant du Soleil :

Me Voici Tout Mouillé, J’ai Suivi Un

Nuage.

Mon Vélo Tourne Mal, Je Suis Un

Nouveau Piéton.

Mon Vaisseau Te Mènera Jusque Sur Une

Nouvelle Planète.

Les planètes tournent toutes dans le même sens, avec des

orbites quasi-circulaires (elliptiques)

https://www.youtube.com/watch?v=9IkT7L0PyVE


2/ Comment modéliser la gravitation universelle ?

A/ Activité : la gravitation universelle (https://www.youtube.com/watch?v=mZWA2UetWAg)

A partir de la simulation « gravité et orbites » et éventuellement de la « laboratoire sur la force de gravité »,

complète le texte suivant :

1/ De quoi dépend la force de gravitation ? De la distance et de la masse des corps.

2/ La force de gravitation est-elle attractive ou répulsive ? A distance ou de contact ? La force de gravitation

est attractive et à distance.

3/ Pourquoi l’adjectif « universelle » est-il toujours associé au mot gravitation ? (voir vidéo universelle ou pas)

Elle s’exerce sur tous les corps qui ont une masse, c’est-à-dire sur toute la matière, à l’échelle microscopique et

macroscopique.

4/ Pourquoi parle-t-on d’interaction gravitationnelle entre la Terre et la lune ? De part le principe des actions

réciproques, la lune attire la Terre et la Terre attire la lune avec la

même force (opposée).

5/ Complète le texte ci-dessous :

Plus la distance entre deux corps est grande, plus la force de gravitation est petite

Plus la masse des deux corps est grande, plus la force de gravitation est grande.

6/ Que faut-il pour qu’un corps ait une orbite stable (c’est-à-dire qu’il ne s’écrase pas ou ne s’éloigne pas) ?

Il faut qu’il soit attiré par la force de gravitation et qu’il ait une vitesse suffisante (force centrifuge qui tend à

l’expulser)

7/ Donne 2 adjectifs pour qualifier le mouvement de la Terre autour du soleil.

Calcule sa vitesse de révolution en km/s et km/h

donnée : Distance Terre-soleil DTS : 149,6 x 106 km

La Terre a un mouvement quasi- circulaire uniforme (elliptique en réalité) autour

du soleil et a une vitesse de révolution de

v = dt =

2DTS

t =

2 x 149,6 x 106

(365,25 x 24 x 3600) = 29,79 km/s = 107228 km/h

8/ Donne 2 adjectifs pour qualifier le mouvement de révolution de la lune autour

de la Terre. Calcule sa vitesse de révolution en km/s et km/h

Données : Distance Terre-soleil DTL : 384 400 kilomètres ; Durée d’une

révolution : 27 jours et 7 h 27,3 j

La lune a un mouvement quasi-circulaire uniforme autour de la Terre.

F Terre Lune F Lune Terre

https://www.youtube.com/watch?v=mZWA2UetWAg


v = dt =

2DTL

𝑡 = 2 x 384 400 /(27,3 x 3600 x 24) = 1,02 km/s = 3690 km/h

9/ Le vecteur vitesse reste-t-il le même durant le mouvement ?

Non la direction de la vitesse change.

10/ Rédige une conclusion pour expliquer pourquoi la lune ne tombe pas sur la Terre et reste toujours à la

même distance. La lune ne tombe pas sur la Terre car elle « la rate » en permanence. En effet, la lune est en CHUTE LIBRE

(comme une pomme) attirée vers la Terre par la force de gravitation. Mais en même temps, sa vitesse

prodigieuse la fait rester à égale distance de la Terre, en suivant la courbure de la Terre qui est ronde.

11/ Que se passerait-il pour la lune si on supprimait instantanément la gravitation ?

La lune aurait, par rapport à la Terre (référentiel géocentrique), un mouvement rectiligne et uniforme. Idem

pour la Terre vis-à-vis du Soleil.

Remarque :

La trajectoire de la Lune autour du soleil est complexe dans un

référentiel héliocentrique. L’étude du mouvement de la lune est

aisé dans un référentiel géocentrique seulement.

2eme partie (en fonction de la possibilité d’avoir des ordinateurs)

1/ Que montre le Londonien quand il désigne le

bas ?

Le centre de la Terre

2/ Que montre un habitant de SYDNEY quand

il désigne le bas ?


3/ Que montre un PEKINOIS quand il désigne

le bas ?


4/ Que montre un cosmonaute sur LA LUNE

quand il désigne le bas ?

Le centre de le lune

5/ Que montre un cosmonaute dans l’espace quand il désigne le bas ?

Rien de spécial car l’Univers n’a pas de bas. La notion de bas est liée à l’astre.

6/ Pourquoi l’habitant de Sydney ne tombe pas dans le vide de l’espace ?

Tomber signifie « chuter vers le bas ». Il est attiré vers le bas (centre de la Terre)

7/ Pourquoi la lune ne tombe pas sur la Terre ?

La lune a une vitesse. L’eau dans un seau ne tombe pas si le seau tourne vite.

8/ Pourquoi la lune reste-t-elle en orbite ?


Elle est expulsée vers l’extérieur à cause de sa vitesse mais il existe une interaction attractive à distance qui la

retient (comme la ficelle du seau)

C’est la même chose pour les planètes autour du soleil…

Cette interaction est la gravitation

B/ BILAN: La gravitation universelle selon Newton

C’est en 1687 que Newton explique le mouvement des planètes et des satellites en affirmant

que tous les corps s’attirent mutuellement selon la loi de la gravitation universelle.

La gravitation est une interaction (action réciproque) attractive à distance entre tous les objets qui ont une masse. Elle est d’autant plus grande que les

masses son grandes et les distances qui les séparent sont petites

L’interaction gravitationnelle est modélisée par une (double) force d’attraction.

Enoncé : 2 corps de masses mA et mB , à répartition de masse sphérique, espacés d’une distance d, exercent

mutuellement l’un sur l’autre une force d’attraction :

➢ Point d’application : Centre de gravité

➢ Direction : droite AB

➢ Sens : vers le centre attracteur.

➢ Valeur :

𝑭𝑨/𝑩 = 𝑭𝑩/𝑨 = 𝑮 𝒎𝑨 𝒎𝑩

𝒅𝟐

G = 6,67 x 10-11 N.m2.kg-2

Remarque : L’axiome (« loi ») de la gravitation universelle n’est pas démontrable, mais qu’elle gouverne tout

l’univers !

kg kg

m N N


Ainsi, Jupiter attire ses 67 satellites ; Saturne 62 ; le soleil exerce une attraction sur les planètes, comètes,

astéroides jusqu’à des distances de 1 à 2 a.l. Et la Terre attire ses satellites, artificiels et naturels. Pendant que

j’écris ce texte, je suis, comme mon ordinateur, attirés vers le centre de la Terre.

Exemple 1 : Calculer la valeur de la force d’attraction gravitationnelle exercée par la Terre sur la lune

Données : mterre = 5,97 x 1024 kg ; mlune = 7,35 x 1022 kg ; DTL = 384 400 000 m

FTerreLune = G x 2

TL

LuneTerre

D

mm=

28

222411

)10.844,3(

10.35,710.97,510.67,6 xx

= 1,98 x 1020 N

Exemple 2: Calculer la valeur de la force d’attraction gravitationnelle exercée par le soleil sur la Terre

Données : mterre = 5,97 x 1024 kg ; msoleil = 1,98 x 1030 kg ; DTS = 1,496 x 1011 m

FTerreSoleil = G x 2

TS

soleilTerre

D

mm=

211

302411

)10.496,1(

10.98,110.97,510.67,6 xx

= 3,53 x 1022 N

Exemple 3: Calculer la valeur de la force d’attraction gravitationnelle exercée par la Terre sur un homme à sa

surface.

Données : mterre = 5,97 x 1024 kg ; mhomme = 70 kg ; DTH =RTerre = 6380 km= 6,38 x 106 m

FTerre homme = G x 2

hom

TH

meTerre

D

mm=

26

2411

)10.38,6(

7010.97,510.67,6 xx

= 686 N

Exemple 4: Calculer la valeur de la force d’attraction gravitationnelle exercée par la lune sur un homme à sa

surface.

Données : mlune = 7,35 x 1022 kg ; mhomme = 70 kg ; DLH =Rlune = 1740 km

FLune homme =G x 2

hom

LH

meLune

D

mm=

26

2211

)10.74,1(

7010.35,710.67,6 xx

= 113,3 N

Exemple 5: Calculer la valeur de la force d’attraction gravitationnelle exercée par Jupiter sur un homme à sa

surface.

Données : mterre = 1,9 x 1027 kg ; mhomme = 70 kg ; DJH =RJupiter = 71492 km

FJupiter homme =G x 2

hom

JH

meJupiter

D

mm=

27

2711

)10.1492,7(

7010.9,110.67,6 xx

= 1736 N

Nous reviendrons plus tard sur ces résultats mais :

Un homme de 70 kg ressent une force de gravitation plus grande sur Terre sur la lune (environ 6 fois) et se

sentira plus lourd sur Jupiter (environ 2,5 fois) : Le force de gravitation à proximité de la surface de la Terre

s’appelle le POIDS !


3/ Poids, masse et gravitation universelle (activité de découverte maison: Bernadette et les cosmonautes)

A/ Définition du poids + TP Poids/masse

Quand on lâche un objet, il chute suivant la verticale du lieu.

Le dynamomètre s’allonge plus ou moins en fonction de l’objet.

La chute des corps s’interprète par l’action exercée par la Terre, à distance, sur tous les objets placés à son

voisinage immédiat, et due à la gravitation.

g est l’intensité de la pesanteur en N/kg

Le poids et la masse sont proportionnels :

P = m x g

g = Pm

m = Pg

La valeur de g dépend de l’astre !!!!!!!!

Remarque : « g » est aussi appelée accélération de la pesanteur. Elle s’exprime aussi en m/s² (ou m/s/s ).

Autrement dit, une personne qui subit une accélération de 1g (10 N/kg ou m/s²) sur Terre accélère de 10 m/s

en 1 s (donc sa vitesse augmente chaque seconde de 10 x 3,6 = 36 km/h)

Quand on dit que le pilote de chasse a subi une accélération de 9 g au décollage, cela signifie qu’il a subi une

accélération de 9 x 10 = 90 m/s² , c’ est à dire que sa vitesse augmente chaque seconde de 90 m/s = 324 km/h

L’accélération lui fait subir une force équivalente à F= m x 9g = 9 x P . Il aura la sensation de peser 9 fois plus

lourd. Exemple : Si un pilote de chasse qui a une masse de 80 kg aurait l’impression d’avoir une masse de 720

kg. D’où des combinaisons anti-g…

Avec :

✓ P : poids en

Newton(N)

✓ m : masse en kg

✓ g : intensité de la

pesanteur en N/kg

La valeur de g est égale

à 9,8 N/kg en moyenne

sur Terre

Le poids d’un objet placé au voisinage immédiat d’une planète est la force d’attraction

gravitationnelle exercée par cette planète sur cet objet.

Cette action s’exerce selon la verticale du lieu et vers le centre de la planète.

➢ Direction du poids : la verticale du lieu, c'est-à-dire

selon une droite qui passe par le centre de la

planète.

➢ Point d’application : centre de gravité de l’objet

➢ Le sens du poids : vers le centre de la planète.

➢ La valeur du poids :

P = m x g

g s’appelle « l’intensité de pesanteur ».

N/kg N

kg

�⃗⃗�

�⃗⃗� �⃗⃗�

50 g

P

=

m x g

V

Planète g

(N/kg) Planète

g (N/kg)

Mercure 4,0 Jupiter 24,8

Venus 8,8 Saturne 10,4

Terre 9,8 Uranus 8,7

Mars 3,7 Neptune 11,0


B/ Différence entre poids et masse

Masse d’un objet Poids d’un objet

Définition

Liée à la quantité de matière qui constitue l’objet. On la note « m »

Liée à la force d’attraction gravitationnelle qu’exerce un astre sur cet objet, à proximité de sa surface. On le note « P ».

Appareil de mesure

Balance de type « Roberval »

Dynamomètre

Unité du SI kilogramme (kg) Newton (N)

Remarque

Elle sera TOUJOURS LA MEME quelque soit le lieu où on se trouve. La masse du cosmonaute est la même sur la lune, sur Terre, sur Mars

Le poids varie avec le lieu. Sur la lune, le poids du cosmonaute est 6 fois plus petit sur la lune que sur Terre car l’intensité de la pesanteur g est 6 fois moins importante sur la lune

On peut avoir une masse et pas de poids… on ne peut pas avoir de poids si on n’a pas de masse.

Rien n’y fera, l’éléphante gardera ses kilogrammes en trop ! Elle sentira moins son poids sur la lune.

Remarque : La valeur de l’intensité de pesanteur g n’est pas tout à fait la même

partout sur Terre. En effet, la Terre est légèrement aplatie aux pôles.

De ce fait, g est plus forte aux pôles et plus faible à l’équateur

(les fusées sont donc lancées proches de l’équateur

Voir compléments plus loin) La pesanteur dépend de la latitude, de l’altitude, de l’astre.


C/ L’impesanteur

Videos: science clic + expérimentboy + 1 jour une question + interview à bord de l’ISS de Pesquet

Etre en impesanteur, c’est être en chute libre (c’est-à-dire seulement soumis à son poids, sans frottements de

l’air). Et pourtant, en impesanteur, on n’a paradoxalement plus la sensation de ressentir son poids.

Un peu de bon sens:

• Lorsque vous sautez d’un plongeoir ou d’une chaise, vous tomber du fait de votre poids car la

pesanteur terrestre vous fait tomber vers le sol. S’il n’y avait aucun obstacle, vous continueriez de

tomber, sans vous arrêter, jusqu’au centre de la Terre. Durant votre chute, vous êtes en impesanteur, en

chute libre (si on néglige les frottements de l’air)

• Vous êtes dans un ascenseur en chute libre: Vous avez aussi l’impression de flotter dans l’air car vous

serez aussi en chute libre. Si vous lâchez une balle à côté de vous, elle sera immobile par rapport à

vous, car elle aussi sera en chute libre. L’impesanteur, c’est la sensation de ne plus ressentir la

pesanteur.

La pesanteur et l’impesanteur sont deux conséquences de l’attraction terrestre : la seule différence tient à la

présence ou non d’un obstacle.

Pourquoi les cosmonautes ne tombent-ils pas sur la Terre ? Pourquoi la lune ne tombe pas sur la Terre ?

Les cosmonautes subissent l’attraction terrestre et chutent vers la Terre. Mais lors de leur mise en orbite, ils ont

acquis une vitesse horizontale suffisante pour qu’ils « tombent » autour de la Terre sans perdre d’altitude, en

suivant la courbure de la Terre. (animation canon de Newton)+ exo 5 bis

Pour qu’ils restent toujours à la bonne altitude, il faut la bonne vitesse : Une vitesse trop petite et ils s’écrasent.

Une vitesse trop grande et ils sont éjectés de l’orbite terrestre. Pour Thomas Pesquet, à bord de l’ISS, à 400 km

d’altitude, la vitesse est de 28 000 km/h (7,8 km/s).

Comme Thomas Pesquet chute et rate la Terre en permanence, on peut dire que son poids est nul MAIS sa

masse est en revanche la même que sur Terre (même quantité de matière). Inutile d’emporter un pèse

personne pour se peser dans l’espace (qui n’est autre qu’un dynamomètre, on utilise d’autres types de

balances)


Quelques idées fausses :

• L’impesanteur est due au vide : FAUX

• L’impesanteur est due à l’éloignement de la Terre : FAUX (à 400 km d’altitude,

dans l’ISS, la pesanteur a diminué de 10 % par rapport au sol. Pour qu’elle soit

nulle, il faudrait être à des centaines de millions de kilomètres)

• Dans l’eau, je suis en impesanteur : FAUX

Thomas Pesquet s’est entrainé dans des immenses piscines pour ses sorties extra

véhiculaires dans l’ISS. En réalité notre corps possède toujours un poids mais il est

compensé à peu près par la poussée d’Archimède (c’est un « hasard » : Comme nous avons une masse

volumique proche de celle de l’eau (1g/cm3), nous avons la sensation ni de flotter, ni de couler : d’être en

impesanteur. A la seule différence peut-être que l’on ne peut pas y respirer sans matériel). Si nos os étaient

en fer, nous coulerions

Pour récréer l’impesanteur (ou plutôt la micro-impesanteur) sur Terre, c’est compliqué.

On a vu qu’il fallait:

• du vide (de matière): Le vide est « facile » à obtenir avec des pompes.

• Un état de chute libre. Pour cela :

On dispose de tours ou de puits de plusieurs centaines de mètres permettant de

reproduire 3 à 10 s de micro-impesanteur (voir chute plume marteau cobayes + lune)

Le plus connu est le vol parabolique à bord de l’airbus 0g permettant d’obtenir une

chute libre parabolique. Comme un caillou, l’avion est projeté avec une forte

impulsion au départ et réalise une trajectoire équivalente à celle d’un caillou lancé.

Pendant 20 s, les scientifiques à bord réalisent des expériences en micro-

impesanteur.(video expérimentboy)


Moins connue, la fusée sonde effectue aussi une trajectoire

parabolique pendant 6 à 15 min, sans personne à bord. Les

expériences sont automatisées.

La meilleure méthode reste la satellisation, plus couteuse,

qui permet actuellement à Thomas Pesquet d’être en état

d’impesanteur permanent jusqu’en avril 2017 !

Pourquoi l’ISS ?

Pour être en impesanteur : faire des expériences en impesanteur est important car la matière ne se

comporte pas de la même façon : par exemple, une flamme est sphérique au lieu d’être allongée, les

gouttes d’eau sont sphériques et flottent dans l’air …

Notre perception du temps et de l’espace sont différents (plus de haut ni de bas), la circulation du

sang et la physiologie sont bouleversées… les muscles, les os qui ne sont plus sollicités pour

maintenir notre posture debout s’atrophient et ou se décalcifient et doivent être mobilisés…(les

astronautes ont l’obligation de faire 2h de sport quotidiennement).

L’ISS permet aussi de prépare les futurs voyages interplanétaires de longue durée (vers Mars).


Bref on pourrait parler du phénomène d’impesanteur pendant des heures, une année… mais on n’a

pas le temps.

Résumé:

La gravitation est une interaction universelle attractive à distance entre tous les objets qui ont

une masse. Son domaine d’application est le macroscopique (Galaxie, toiles, planètes,

satellites, Homme). Au niveau microscopique (atomique), c’est la physique quantique.

La valeur de la force de gravitation est donnée par la loi de Newton:

➢ Point d’application : Centre de gravité

➢ Direction : droite AB

➢ Sens : vers le centre attracteur.

➢ Valeur :

𝑭𝑨/𝑩 = 𝑭𝑩/𝑨 = 𝑮 𝒎𝑨 𝒎𝑩

𝒅𝟐

G = 6,67 x 10-11 N.m2.kg-2

La masse m , exprimée en kg, est reliée à la quantité de matière d’un objet et ne dépend pas de

l’endroit où l’on se trouve.

Le poids P est la force de gravitation exercée sur la masse d’un objet, à proximité de la surface.

On l’exprime en Newton (N).

Le poids P est le produit de la masse par l’intensité de la pesanteur g:

P = m x g

L’intensité de la pesanteur g, comme le poids, dépendent de l’endroit où l’on se trouve:

altitude, latitude, masse de l’astre.

Une personne est en impesanteur s’elle est en chute libre (soumise à son propre poids) sans

rencontrer d’obstacles. La personne ne ressent paradoxalement plus son poids, comme dans

l’ISS. Ce « raisonnement de pensée » a mené Einstein vers une nouvelle théorie de la

gravitation, en 1916: La Relativité Générale.

kg kg

m N N

kg N

N/kg


Complément non exigible

ATTENTION ! Surtout prenez garde aux notations ! G g !

Restons sur Terre prenons un homme de masse m = 70 kg situé à sa surface. Nous avons vu :

• P = mhomme x g est le poids de l’homme (c’est-à-dire la force de gravitation de la Terre à sa

surface)

• On sait aussi que la force d’attraction gravitationnelle exercée par la Terre sur cet homme à sa

surface a pour expression : FTerre homme =G x 2

hom

Terre

meTerre

R

mm

Ces 2 forces sont égales évidemment. Donc

FTerre homme = P

mhomme x g = G x 2

hom

Terre

meTerre

R

mm

L’intensité de la pesanteur g a pour expression :

g = G x 2

Terre

Terre

R

m

L’intensité de la pesanteur est reliée à la masse de la planète mTerre et à son rayon R.

Plus la planète est petite et plus sa masse est grande, plus l’intensité de pesanteur est grande.

Exercice :

A l’aide des données numériques présentes dans le tableau, calculer

Calcul de gTerre = G x 2

Terre

Terre

R

m = 6,67 x 1011 x

26

24

)10.38,6(

10.97,5= 9,8 N/kg

Calcul de gNeptune = G x 2

Neptune

Neptune

R

m = 6,67 x 1011 x

27

26

)10.4746,2(

10.02,1= 11 N/Kg

Calcul de gSaturne = G x 2

Saturne

Saturne

R

m = 6,67 x 1011 x

27

26

)10.0273,6(

10.68,5= 9,0 N/Kg

Calcul de gJupiter = G x 2

Jupiter

Jupiter

R

m = 6,67 x 1011 x

27

27

)10.1500,7(

10.90,1= 24,6 N/Kg

Calcul de gLune = G x 2

Lune

Lune

R

m = 6,67 x 1011 x

26

22

)10.74,1(

10.35,7= 1,6 N/Kg


Situation 1 : Tintin est à 0 m d’altitude, à Saint Tropez, et mesure sa masse avec une balance de Robervald :

m = 70,0 kg.

Tintin décide de conquérir l’Everest (8848 m d’altitude) et mesure son poids au sommet : P = 684,6 N

Donnée : gSaint-Tropez = 9,81 N/kg ; Tintin n’a pas perdu 1 g pendant son expédition.

1/ Calcule le poids P de Tintin à Saint Tropez.

P = m x gSaint-Tropez = 70,0 x 9,81 = 686,7 N

2/ Calcule geverest

geverest = Peverest / m = 684,6 / 70,0= 9,78 N

geverest = G x 2

Terre

Terre

R

m = 6,67 x 1011 x

26

24

)10.39,6(

10.97,5= 9,78 N/kg

3/ Fais une hypothèse pour expliquer les différences observées entre les deux lieux.

La pesanteur Terrestre dépend de l’altitude. Plus on proche du centre de la Terre, plus la pesanteur est grande.

Situation 2 : Tintin a toujours une masse de 70,0 kg. Il décide de partir en

expédition à Paris, Kourou et le pôle Nord. Tous les lieux se trouvent à 0 m

d’altitude.

En observant le globe ci-contre, calcule le poids de Tintin dans chacun de

ces lieux et donne une hypothèse pour expliquer pourquoi la base de

lancement de la fusée Ariane se trouve à Kourou, au niveau de l’équateur ?

PKourou = m x gKourou = 70,0 x 9,79 = 685,3 N

PParis = m x gParis = 70,0 x 9,81 = 686,7 N

PPole nord = m x gPole nord = 70,0 x 9,83 = 688,1 N

Ppôle sud = m x gpôle sud = 70,0 x 9,83 = 688,1 N

La pesanteur dépend de la latitude : maximale aux pôles, minimale, à l’équateur. Il est donc moins couteux

énergétiquement parlant, de faire décoller les fusées de l’équateur.

Situation 3 : Tintin décide de conquérir la lune. Sa masse avec le scaphandre est de m = 170,0 kg.

Il mesure son poids sur la lune qui est de : P = 272,0 N

Calcule glune et compare la valeur à gparis

glune = Plune / m = 272,0 / 170,0= 1,6 N/kg

gParis = 9,81 N

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La pesanteur Terrestre est 6 fois plus grande que la pesanteur

lunaire (9,81/1,6 = 6,1)

La pesanteur dépend de la planète.


Conclusion et ouverture

Le mouvement de la lune autour de la Terre ou le mouvement de la pomme

qui chute de l’arbre sur la Terre, ou des étoiles dans une Galaxie ou des

Galaxies dans des amsde Galaxies sont de même nature et dus à la même

force : l‘interaction gravitationnelle.

Le monde de la Terre et celui du ciel ne sont pas séparés l’un de l’autre. C’est

pour cette raison que cette même loi qui régit le ciel et la Terre est dite

« universelle ».

De ce fait, on l’appelle la loi de la gravitation universelle.

En 1916, Einstein annonça une nouvelle théorie de la gravitation: la théorie de

la relativité générale.

Pour faire simple, l’espace et le temps ne font plus qu’un: l’espace temps.

L’espace temps peut être considéré comme une gelée élastique, déformable. Le

temps peut se contracter ou se dilater, comme les longueurs.

L’espace-temps dit à la matière comment elle doit se mouvoir.

La matière dit à l’espace comment il doit se courber.

La théorie de Newton nous permet aujourd’hui d’envoyer les satellites dans l’espace, de prévoir et calculer les

trajectoires, d’expliquer les marées… Elle est encore pleinement d’actualité.

Mais cette théorie est insuffisante pour l’utilisation des GPS, l’explication des existences de trous noirs et

d’ ondes gravitationnelles, le décalage du périhélie de Mercure…

Nous allons parler de tout cela dans la partie 3: Univers.


Observation de notre Univers

La Terre est scrutée en permanence par des milliers de satellites :

• orbites géostationnaires (35786 km du sol) pour les satellites météo et de télécommunications.

• orbites polaires (300 à 1000 km du sol) pour les satellites d’observations.

Pour observer le système Solaire, les hommes envoient des sondes ou obsevent le cosmos grâce à de puissants

télescopes. (voir mini-tpe en démarche scientifique)

Carte des satellites orbitant autour de la Terre en 1970 Carte des satellites orbitant autour de la Terre en 2008

Questionnaire avec la vidéo « Newton et la gravitation » (Véronique Kleiner, 2008, cité des sciences)

(http://www.cite-sciences.fr/cs/Satellite?c=Page&cid=1195216550963&packedargs=pdpa=2&pagename=Portail/GRU/PortailLayout&pid=1195216502897)

1/ Que faudrait-il faire pour qu’il soit possible qu’une pomme tourne autour de la terre comme la

lune ?

Il faudrait la lancer avec une grande vitesse dans l’espace. Si on remplaçait par magie la lune par une

pomme lancée à la même vitesse, elle tournerait de la même façon: Le mouvement d’un corps dans

un champ de gravitation ne dépend pas de sa masse.

2/ Que se passerait-il si la vitesse initiale de la lune était nulle ?

Terre et lune se rapprocheraient selon la direction de la force de gravitation. On peut dire

abusivement que la lune chuterait sur la Terre (on peut aussi tout à fait dire que la Terre chuterait sur

la lune car les deux se rapprochent l’un de l’autre).

3/ Pourquoi la pomme tombe lorsqu’on la lâche ?

La lune chute sur la Terre mais la rate en permanence. En effet, elle est en chute libre (seulement

soumise à la force de gravitation) mais possède une vitesse horizontale adaptée pour suivre la

rotondité ou courbure de la Terre. Elle reste donc en orbite autour d’elle, en chute libre permanente.

4/ De quoi dépend cette attraction entre les éléments de l’univers ?

L’attraction gravitationnelle dépend de la masse des corps et la distance qui les sépare.

5/ Quel est le point commun entre une pomme qui tombe et la lune qui tourne autour de la Terre ?

Les deux sont en chute libre et seulement soumis à la force de gravitation (pour la pomme, si elle

chute de très haut, elle subira les frottements non négligeables de l’air)

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