5ème/ Optique

NOTION DE GRAVITATION
Le système solaire comporte huit planètes qui tournent autour du Soleil selon des trajectoires quasi-circulaires. Des satellites
naturels tournent autour de certaines planètes comme la Lune autour de la Terre.
Si la Lune n’avait pas de vitesse, elle tomberait sur Terre comme la pomme. La Lune avance sur son orbite avec une certaine vitesse.
S’il n’y avait pas la Terre, sa trajectoire serait une ligne droite. Mais à chaque instant, elle subit l’action attractive à distance de la
Terre comme la pomme, mais compte tenu de sa vitesse, elle est maintenue sur une orbite quasi-circulaire.
Une fronde est constituée d’une balle accrochée à une ficelle.
Lorsque la main fait tourner très rapidement la ficelle, la balle
décrit un cercle centré sur la main. Le mouvement de la balle est
circulaire. Ce mouvement est dû à une action de contact exercée
par la ficelle sur la balle et dirigée vers la main. Si la ficelle est
lâchée, cette action cesse ainsi que le mouvement circulaire de la
balle.
Le mouvement presque circulaire d’une planète autour du Soleil
résulte d’une action à distance, attractive, exercée par le Soleil
sur la planète. La planète exerce également une action attractive
sur le Soleil. Il y a donc interaction entre les deux astres, appelée
la gravitation.
C’est parce que ces deux astres ont chacun une masse que cette
interaction existe. La valeur de cette interaction est d’autant plus
grande que la distance entre les deux astres est grande, et que
leurs masses sont grandes.
La gravitation est une interaction attractive entre deux objets qui ont une masse. Elle dépend également de leur distance.
Une attraction gravitationnelle attractive est exercée par le Soleil sur les planètes du système solaire, mais aussi par une
planète sur un objet situé à son voisinage.
La gravitation gouverne tous les mouvements dans l’Univers.
Ce que vous devez savoir :
- Présentation succincte du système solaire.
- Action attractive à distance exercée par le Soleil sur chaque planète.
- Action attractive à distance exercée par une planète sur un objet proche d’elle.
- Action attractive à distance exercée par un objet sur un autre objet du fait de leur masse.
- La gravitation est une interaction attractive entre deux objets qui ont une masse : elle dépend de leur distance.
- La gravitation gouverne tout l’Univers (système solaire, étoiles, galaxies).
Ce que vous devez savoir faire :
- Suivre un raisonnement scientifique afin de comparer, en analysant les analogies et les différences, le mouvement d’une
fronde à celui d’une planète autour du Soleil.
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POIDS ET MASSE D’UN CORPS
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Le poids P est la force d’attraction exercée par la Terre sur un corps. C’est une force répartie en
volume et qui s’exerce à distance. Ses caractéristiques sont :
• Son point d’application : le centre de gravité (ou centre d’inertie) du corps étudié noté G.
• Sa direction : la verticale du lieu.
• Son sens : du haut vers le bas.
• Son intensité ou norme : mesurée avec un dynamomètre et exprimée en newton (N).
En un lieu donné, le poids d’un objet est proportionnel à sa masse :
P=m.g
Avec : P : poids en newton (N)
m : masse en kilogramme (kg)
g : l’intensité de pesanteur en newton par kilogramme (N/kg ou N.kg-1)
La masse d’un objet représente la quantité de matière liée au nombre d’atomes qui le constitue. Elle se mesure
avec une balance et s’exprime en kilogramme (kg). Quel que soit l’endroit de l’Univers où l’on se trouve, 1 kg
d’orange aura toujours une masse de 1 kg. La masse est une grandeur qui ne varie pas avec le lieu.
L’intensité de pesanteur, et par là même le poids, sont des grandeurs qui varient avec le lieu et avec l’altitude.
Comme g varie peu sur Terre, on le considère comme constant et on prend g ≈ 10 N.kg-1. Des mesures précises
faites à Paris montrent qu’en réalité g = 9,81 N.kg-1.
Le poids sur la Lune est 6 fois plus petit que sur la Terre (gLune = 1,62 N.kg-1), il n’en est rien pour la masse.
Un objet au voisinage de la terre possède une énergie de position Ep proportionnelle à l’altitude de cet objet
par rapport au sol. Un objet en mouvement possède une énergie de mouvement, l’énergie cinétique Ec,
proportionnelle au carré de la vitesse.
La somme des énergies de position et cinétique d’un objet constitue son énergie mécanique Em.
Em = E p + Ec
On a donc la relation :
Pourquoi l’eau d’un barrage acquiert-elle de la vitesse lors de sa chute ?
Lors de la chute d’un objet, on peut souvent admettre que son énergie mécanique reste constante. On dit
qu’elle se conserve. Quand l’objet perd de l’altitude, son énergie de position diminue donc son énergie
cinétique augmente, ce qui fait que sa vitesse augmente. La conservation de l’énergie mécanique explique
pourquoi l’énergie cinétique de l’eau d’un barrage hydraulique augmente lors de sa chute tandis que son
énergie de position diminue.
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Ce que vous devez savoir :
I.
Action à distance exercée par la Terre sur un objet situé dans son voisinage : poids d’un corps.
II.
Le poids P et la masse m d’un objet sont des grandeurs de nature différente ; elles sont proportionnelles.
III.
L’unité du poids est le newton (N).
IV.
La relation de proportionnalité se traduit par P = m . g
V.
Un objet possède une énergie de position au voisinage de la Terre.
VI.
Un objet possède une énergie de mouvement appelée énergie cinétique.
VII.
La somme de ces énergies de position et cinétique constitue son énergie mécanique.
VIII.
Conservation d’énergie au cours d’une chute.
Ce que vous devez savoir faire :
IX.
Pratiquer une démarche expérimentale pour établir la relation entre le poids et la masse.
X.
Construire et exploiter un graphique représentant les variations du poids en fonction de la masse.
XI.
Calculer, utiliser une formule.
XII.
Raisonner, argumenter pour interpréter l’énergie de mouvement acquise par l’eau dans sa chute par une diminution de
son énergie de position.
ÉNERGIE CINÉTIQUE ET SÉCURITÉ ROUTIÈRE
Un objet de masse m lâché d’une hauteur h acquiert une vitesse v de plus en plus grande, il possède alors
une énergie cinétique Ec qui déforme la pâte à modeler. La déformation est d’autant plus importante si
la vitesse de l’objet augmente ou si la masse de l’objet augmente.
1
Ec = mv 2
On la calcule par la relation :
avec Ec en J, m en kg et v en m/s
2
L’énergie cinétique d’un objet en mouvement est proportionnelle à sa masse m et au carré de sa vitesse
v.
La distance de freinage d’un véhicule croît plus rapidement que la vitesse car elle est liée à l’énergie
cinétique du véhicule. Plus la vitesse est grande, plus les dégâts occasionnés lors d’un choc sont
importants.
Ce que vous devez savoir :
•
La relation donnant l’énergie cinétique d’un solide en translation est
•
•
L’énergie cinétique se mesure en joules (J).
La distance de freinage croît plus rapidement que la vitesse.
Ec =
1 2
mv
2
Ce que vous devez savoir faire :
• Décrire le comportement de l'énergie cinétique en fonction de la masse et de la vitesse.
• Exploiter les documents relatifs à la sécurité routière.
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