II- Mouvement circulaire et mouvement rectiligne

TP n°8
Gravitation
I- Observation du mouvement des planètes du système solaire (animation)
Mobile autoporteur
II- Mouvement circulaire et mouvement rectiligne
On dispose d’un mobile autoporteur et d’un fil inextensible.
Ficelle
Le document 1 montre l’enregistrement du mouvement de ce mobile autoporteur
tournant autour du point fixe à l’aide d’une ficelle inextensible que l’on a brûlée à
un instant donné.
1)
2)
3)
4)
5)
Point fixe
Combien de phases peut-on observer dans le mouvement du mobile ?
Indiquez sur l’enregistrement à quel moment on brûle la ficelle.
Quelle est la trajectoire du mobile lorsqu’il est accroché à la ficelle ?
Quelle force, s’exerçant sur le mobile, permet d’obtenir cette trajectoire ?
Quelle est la trajectoire du mobile après que la ficelle a été brulée ?
III- Les planètes du système solaire.
Les planètes tournent autour du Soleil en décrivant des trajectoires elliptiques, la plupart quasi
circulaires.
1) Quelle est la force qui est responsable de cette trajectoire ?
L’expression de la valeur de la force d’interaction gravitationnelle est :
F  G.
m.m '
d2
où G est la constante de gravitation (G=6,67.10-11 USI).
2) Définir chacun des termes de cette expression et préciser les unités (sauf pour G)
3) Pour chaque planète du système solaire, calculer la valeur de la force d’interaction
gravitationnelle FSoleil / planète exercée par le Soleil sur la planète :
Données :
Planète
Masse
Neptune
Uranus
Saturne
Jupiter
Mars
Terre
Vénus
Mercure
1,05.1026 kg
9,66.1025 kg
5,58.1026 kg
1,90.1027 kg
6,43.1023 kg
5,98.1021 tonnes
4,87.1027 g
3,25.1023 kg
Diamètre moyen
(km)
4,953.104
5,112.104
1,205.105
1,429.105
6,79.103
1,276.104
1,210.104
4,88.103
Distance moyenne au
Soleil
4,496.1012 m
2,869.1012 m
1,427.1012 m
7,78.108 km
227,9 millions de km
1,496.1011 m
108,21 millions de km
0,387 UA(1)
Données : Soleil : Masse :mSoleil = 1,98.1030 kg ; rayon moyen : RSoleil = 6,96.108 m
(1) 1UA = 1 fois la distance moyenne Terre-Soleil
4) Sur la feuille jointe, on a représenté, sans respecter d’échelle, les planètes autour du soleil.
Représenter à l’échelle 1,0.1022 N  4,0 cm, au crayon à papier, pour chaque planète, lorsque
c’est possible, la force d’attraction gravitationnelle exercée par le Soleil.
Loi des actions réciproques : Lorsqu’un corps A exerce sur un corps B une force FA / B ,
alors le corps B exerce sur le corps A une force FB / A telle que les deux forces sont de même
direction, de même valeur, mais de sens opposé.
5) Calculer pour chaque planète la valeur de la force Fplanète / Soleil exercée par la planète sur le Soleil.
6) Représenter, lorsque c’est possible, ces forces sur la feuille jointe.
IV- Le poids sur Terre et sur la Lune.
Le poids d’un corps à la surface d’une planète est pratiquement égal à la force d’attraction
gravitationnelle exercée par la planète sur ce corps présent à sa surface (il y a en fait également une
très faible contribution de la rotation de la planète sur elle-même).
1) Calculer la valeur du poids d’un corps de masse 70 kg sur Terre, puis sur la Lune. Comparer ces
deux valeurs.
Données :
Lune :
Masse :mLune = 7,4.1022 kg ;
rayon moyen : RLune = 1,76.106 m ;
Distance moyenne à la Terre : DTerre-Lune = 3,84.108 m
2) Représenter sur les schémas suivants le poids de ce corps à différents endroits de la Terre et de
la Lune en utilisant l’échelle : 1 cm  400 N.
Lune
Terre
Document 1
Document 2