Exercices sur le chapitre 3 : La gravitation universelle Exercice 1 : Vrai ou faux ? vrai Exercice 3 : Mots croisés : faux Le Soleil attire la Terre La Lune attire la Terre. Si un objet est attiré par un autre objet en raison de la gravitation ils vont finir par se rencontrer. La gravitation ne dépend que de la distance entre deux objets. Plus la distance entre deux objets est faible plus l’attraction entre eux est forte. Une planète n’exerce pas une action attractive à distance sur le Soleil. Exercice 2 : Choisir la (ou les) bonne(s) réponse(s) : La gravitation qui s’exerce entre deux objets dépend de : la masse de chaque objet. Exercice 4 : Vrai ou faux ? la distance entre ces deux objets. vrai la vitesse de ces objets. Pour que la gravitation s’exerce entre deux objets il faut que : l’un des deux objets ait une masse plus importante. un objet tourne autour de l’autre. les deux objets aient une masse. Exercice 5 : Quelle est la bonne situation ? Les deux objets exercent l’un sur l’autre une action attractive à distance. Les deux objets n’exercent pas l’un sur l’autre une action attractive à distance. L’objet 1 exerce une action attractive à distance sur l’objet 2 mais l’objet 2 n’exerce pas une action attractive à distance sur l’objet 1. Exo 5 bis : Explique en t’aidant de ce schéma, la mise en orbite des satellites autour de la Terre. faux Exo 6 : Plusieurs scénarios possibles Un astéroïde : s’approche de la planète Mars. Plusieurs scénarios de trajectoires sont imaginés : Exo 7 : Satellites : a) Qu’est-ce qu’un satellite terrestre ? Eliminer en argumentant les trajectoires qui paraissent impossibles. Exo 8 : Comète : Le mot « comète » vient du grec komete qui veut dire « chevelu ». La glace qui compose la comète fond lorsque celle-ci approche du Soleil, d’où cette queue de particules derrière elle. La trajectoire de la comète est très elliptique. a) Comment expliquer que les particules restent dans le sillage de la comète ? b) Comment expliquer que la comète tourne autour du Soleil ? c) Comment expliquer que sa trajectoire puisse être déviée à l’approche d’une planète ? b) Pourquoi tourne-t-il autour de la Terre ? c) Pourquoi ne tombe-t-il pas sur Terre ? d) Si le satellite devait être freiné par des frottements avec des particules, que se produirait-il ? e) Expliquer pourquoi les satellites sont mis en orbite dans l’espace bien au-dessus de l’atmosphère. Exo 9 : Modéliser une action : Deux satellites S et S2 tournent autour de la planète P. Modélise les actions qui se produisent entre S1 et P d’une part ; entre S2 et P d’autre part. 1 Donnée : S1 a une plus grande masse que S2. Exercice 10 : 1/ La valeur de la force de gravitation entre Vénus et le soleil est donnée par l’expression : 󠄄 F= G x msoleil mvénus DSV 2 DSV mvénus 󠄄 F= G x m soleil 󠄄 F= G x msoleil mvénus 2 DSV Données : msoleil = 1,98 x 1030 kg mvénus = 4,87 x 1024 G = 6,67 x 10-11 SI DSoleil-Vénus =DSV = 1,08 x 1011 m 2/ Quelle est la valeur de la force de gravitation entre Vénus et le Soleil 󠄄 5,49 x 1020N 󠄄 5,49 x 1022 N 󠄄 5,49 x 10-22 N 3/ Sachant que la masse de la Terre est très proche de celle de Vénus, la force de gravitation est-elle plus grande ou plus petite que la force de gravitation Terre-Soleil ? Exo 11 : Une fusée est propulsée de la Terre vers la Lune. Elle est soumise, tout au long de son trajet à deux actions opposées : celle de la Terre et celle de la Lune. Appelons G le point d’équilibre. a) Quelles sont les deux actions qui s’exercent sur la fusée ? b) Comment varient ces deux actions lorsque la fusée s’éloigne de la Terre ? c) Justifie la notion de « point d’équilibre ». d) Où se situerait ce point G si la Lune et la Terre avaient la même masse ? e) Justifier la position de G sur le schéma. f) Dans quelle partie du trajet les moteurs serventils à faire avancer et dans quelle partie serventils à ralentir la fusée ? Regarde l’extrait de la vidéo « Astérix et les 12 travaux » avec Obélix en train d’affronter Hermès le Perse au lancer du javelot. Pourquoi le javelot lancé par Hermès le Perse retombe-t-il sur Terre alors que celui d’Obélix est mis en orbite ? Quelle différence y-t-il entre les 2 lancers ? ……………………………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………………………. Histoire des sciences : Newton a inventé la théorie de mise en orbite d’un corps à l’aide d’un canon et d’un boulet. Explique comment il est possible de mettre un corps en orbite. (http://www.youtube.com/watch?v=MpiknSRTmT4 ou http://waowen.screaming.net/revision/force&motion/ncananim.htm ) ………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… Regarde l’extrait de la vidéo « On a marché sur la lune » et réponds aux questions : a/ Pourquoi, au tout début de la vidéo, le capitaine Haddock flotte-t-il dans l’espace ? (On dit qu’il est en apesanteur) ………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… b/ Pourquoi, malgré la vitesse de 40 000 km/h de la fusée, la capitaine Haddock et Tintin restent-ils en contact avec la fusée ? ………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… c/ Pourquoi portent-ils un scaphandre ? ………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… d/ Pourquoi le capitaine Haddock et Tintin sont attirés par « la masse d’Adonis » (nom de la météorite) ? ………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… La capitaine Haddock et Tintin sont rentrés sur Terre. (Ils ne portent plus de scaphandre) : e/ Pourquoi le capitaine Haddock tombe-t-il ? S’agit-il de la même cause qui maintient la lune autour de la Terre ? Regarde le dessin ci-contre : Tournesol s’apprête à descendre Milou sur le sol lunaire. Que se passe-t-il si la corde casse ? …………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………….. A quoi est dû le phénomène de marée ? …………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………….. Exercice 2 : Mots croisés : Exercice 1 : Vrai ou faux ? Le Soleil attire la Terre vrai x La Lune attire la Terre. x faux Si un objet est attiré par un autre objet en raison de la gravitation ils vont finir par se rencontrer. x La gravitation ne dépend que de la distance entre deux objets. x Plus la distance entre deux objets est faible plus l’attraction entre eux est forte. Une planète n’exerce pas une action attractive à distance sur le Soleil. 1/ trajectoire 2/ Attractive 3/ Système-Solaire 4/ Masse 5/ satellite 6/ Soleil 7/ Gravitation 8/ distance 9/ planète 10/ interaction x Exo 4 : Vrai ou faux ? x vrai Exo 2 : Choisir la (ou les) bonne(s) réponse(s) : La gravitation qui s’exerce entre deux objets dépend de : x x la masse de chaque objet. la distance entre ces deux objets. la vitesse de ces objets. Les deux objets exercent l’un sur l’autre une action attractive à distance. Les deux objets n’exercent pas l’un sur l’autre une action attractive à distance. L’objet 1 exerce une action attractive à distance sur l’objet 2 mais l’objet 2 n’exerce pas une action attractive à distance sur l’objet 1. faux x x x Pour que la gravitation s’exerce entre deux objets il faut que : l’un des deux objets ait une masse plus importante. un objet tourne autour de l’autre. les deux objets aient une masse. x Exo 5 : Quelle est la bonne situation ? Exo 5 bis : Explique en t’aidant de ce schéma, la mise en orbite des satellites autour de la Terre. Un satellite doit avoir une vitesse horizontale suffisante pour être en orbite stable autour de la Terre. Pour être en orbite, il doit être en chute libre permanente, soumis seulement à la force de gravitation (sans frottement). Si sa vitesse est insuffisante (1 et 2), il chutera sur la Terre. Si sa vitesse est trop grande (4) , il sera expulsé. Si sa vitesse est est adaptée (28 000 km/h pour l’ISS), il restera à égale distance de la Terre en permanence, en suivant sa courbure, en étant en chute libre permanente. Exo 6 : Plusieurs scénarios possibles : Trajectoire 1 : impossible car Mars n’exerce pas une action répulsive sur l’astéroïde, mais attractive. Trajectoire 2 : impossible car Mars exerce une action sur l’astéroïde, donc sa trajectoire est forcément modifiée. Trajectoire 3 : possible car Mars exerce une action attractive sur l’astéroïde et dans ce cas, la vitesse de l’astéroïde n’est pas assez élevée pour qu’il s’échappe. Trajectoire 4 : possible car Mars exerce une action attractive sur l’astéroïde et dans ce cas, la vitesse de l’astéroïde est assez élevée pour qu’il s’échappe. Cependant, il sera dévié. Exo 8 : Comète : Exo 7 : Satellites : a) Un satellite terrestre est un objet qui est en orbite autour de la Terre. b) Il subit une action attractive à distance de la part de la Terre ce qui l’empêche de s’échapper (interaction gravitationnelle). c) Il ne tombe pas sur la Terre même s’il subit une action attractive de sa part car le satellite possède une vitesse suffisante pour ne pas s’écraser à la surface de la Terre. d) Si le satellite devait être freiné par des frottements avec des particules, sa vitesse diminuerait, elle ne serait plus assez importante et le satellite s’écraserait sur terre. e) Ainsi, les satellites sont mis en orbite dans l’espace bien au-dessus de l’atmosphère pour ne pas être freinés par les particules qui composent l’atmosphère et ne pas perdre de vitesse. Exo 9 : Modéliser une action : a) Les particules restent dans le sillage de la comète car elles subissent l’action attractive à distance de la comète. Cette interaction entre les particules et la comète existe car les particules et la comète ont une masse. C’est l’interaction gravitationnelle. La comète subit une action attractive de la part du Soleil (interaction gravitationnelle). b) La comète subit une action attractive à distance de la part du Soleil (interaction gravitationnelle). c) La comète subit une action attractive à distance de la part de la planète (interaction gravitationnelle). Cette action est d’autant plus forte que la comète est proche de la planète. Donnée : S1 a une plus grande masse que S2. L’interaction gravitationnelle entre P et S1 sera plus forte que l’interaction gravitationnelle entre P et S2. P exerce la même action sur S1 que S1 sur P. P exerce la même action sur S2 que S2 sur P. Exo 11 : Une fusée est propulsée de la Terre vers la Lune. Elle est soumise, tout au long de son trajet à deux actions opposées : celle de la Terre et celle de la Lune. Appelons G le point d’équilibre. a) Quelles sont les deux actions qui s’exercent sue la fusée ? La fusée subit l’action attractive à distance de la part de la Terre et l ‘action attractive à distance de la part de la Lune. b) Comment varient ces deux actions lorsque la fusée s’éloigne de la Terre ? L’action attractive à distance exercée par la Terre sur la fusée diminue à mesure que la fusée s’éloigne de la Terre et l‘action attractive à distance exercée par la Lune sur la fusée augmente à mesure que la fusée se rapproche de la Terre. c) Justifie la notion de « point d’équilibre ». Le point qu’équilibre G correspond à la position où la fusée subirait de la part de la Lune et de la part de la Terre des actions de même intensité de sorte que les deux actions se compenseraient exactement. d) Où se situerait ce point G si la Lune et la Terre avaient la même masse ? Si les deux astres (Terre et Lune) avaient la même masse, le point G se trouverait exactement à égale distance de la Terre et de la Lune. e) Justifier la position de G sur le schéma. Comme la Terre a une masse plus importante que la Lune, à distance égale, la Terre exerce une action plus importante sur la fusée que la Lune. Pour compenser cela, il faut que la fusée s’éloigne suffisamment de la Terre et se rapproche suffisamment de la Lune pour que les deux actions soient de même intensité. f) Dans quelle partie du trajet les moteurs servent-ils à faire avancer et dans quelle partie servent-ils à ralentir la fusée ? Dans la première partie du trajet (d1), l’action de la Terre sur la fusée est plus importante que celle de la Lune sur la fusée. Globalement, l’ensemble des deux actions s’oppose à au mouvement de la fusée vers la Lune. Si la fusée veut continuer son mouvement et s’éloigner de la Terre, ses moteurs doivent être utilisés pour la faire avancer. Dans la deuxième partie du trajet (d2), l’action de la Terre sur la fusée est moins importante que celle de la Lune sur la fusée. Globalement, l’ensemble des deux actions aide au mouvement de la fusée vers la Lune. Si la fusée veut résister à son mouvement vers la Lune, ses moteurs doivent être utilisés pour la faire ralentir. Exercice 10 : 1/ La valeur de la force de gravitation entre Vénus et le soleil est donnée par l’expression : 󠄄 F= G x msoleil mvénus 2 DSV Données : msoleil = 1,98 x 1030 kg mvénus = 4,87 x 1024 G = 6,67 x 10-11 SI DSoleil-Vénus =DSV = 1,08 x 1011 m 2/ Quelle est la valeur de la force de gravitation entre Vénus et le Soleil 󠄄 5,49 x 1020N 󠄄 5,49 x 1022 N 󠄄 5,49 x 10-22 N 3/ Sachant que la masse de la Terre est très proche de celle de Vénus, la force de gravitation est-elle plus grande ou plus petite que la force de gravitation Terre-Soleil ? Comme Vénus est plus proche, la force de gravitation est plus grande (dénominateur plus petit) Hatier :
