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L'univers C4C5
correction DS n°3
DEVOIR SURVEILLE - SCIENCES PHYSIQUES
Version 1
Calculette autorisée
Durée: 50min
Toutes vos réponses doivent être correctement rédigées et justifiées.
points
Différents mouvements
La trajectoire d'Ariane lors de son décollage de la base de Kourou est simple à étudier dans
le référentiel terrestre.
La trajectoire de la planète Saturne en mouvement autour du Soleil est simple à étudier dans
le référentiel héliocentrique.
/3
La trajectoire de Phobos, satellite de la planète Mars est simple à étudier dans le référentiel
« marsocentrique ».
D'après l'exercice n°2 p.93 du livre de physique chimie 2nd HACHETTE (Collection Dulaurans Durupthy)
Immobile ou en mouvement ?
1.
Un objet est immobile à la surface de la
Terre, au niveau de l'équateur. Calculer la
valeur de sa vitesse en kilomètre par heure
dans le référentiel géocentrique.
/1
Cet objet décrit une trajectoire circulaire dans le
référentiel géocentrique car la Terre tourne sur elle
même. Il va donc faire un tour en 1 jour soit 24 h.
La distance parcourue correspond au périmètre
d'un cercle ayant pour rayon le rayon de la Terre.
On a donc v =
2. π.R T
2. π × 6378
= 1,7 .103 km/h .
soit v =
24
Δt
Ce qui veut dire environ 1700 km/h.
2.
Sur l'illustration ci-contre, quel personnage a raison ? Justifier en précisant le référentiel
choisi par chacun des personnages.
Sur l'illustration ci-dessus, les deux personnages ont raison. Celui qui dit être immobile se
place dans le référentiel terrestre et celui qui dit aller à 1700 km/h se place dans le
référentiel géocentrique.
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/2
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3.
Que peut-on en conclure ?
/1
Le mouvement d'un même objet n'est pas le même dans deux référentiels différents. Il s'agit
de la relativité du mouvement.
D'après l'exercice n°13 p.95 du livre de physique chimie 2 nd HACHETTE (Collection Dulaurans Durupthy)
Saturne
Saturne est la sixième planète du Système solaire par ordre de distance au Soleil et la
deuxième plus grande, aussi en taille qu'en masse, après Jupiter.
C'est une planète géante, au même titre que Jupiter, Uranus et Neptune, et plus précisément
une géante gazeuse.
Elle possède de nombreux satellites, dont cinquante-trois ont été confirmés et nommés.
Titan est le plus grand satellite de Saturne et la deuxième plus grande lune du Système
solaire après Ganymède autour de Jupiter. Titan est plus grand que la planète Mercure et
est la seule lune du Système solaire à posséder une atmosphère significative.
1.
Déterminer l'intensité de la force d'attraction gravitationnelle qu'exerce Saturne sur
Titan.
FS /T = G.
2.
MS .MT
r
2
Titan
26
soit FS /T = 6,67 .10−11 × 5,7 .10 ×6 1,3.10
(1,2.10 .103 )2
23
/2
21
= 3,4 .10 N
Représenter cette force sur un schéma en prenant l'échelle suivante : 1 cm
10 21 N
/1
T
+
⃗
FS /T
+
S
3.
La flèche doit faire 3,4 cm de longueur
d'après l'échelle
Titan exerce-t-il une force sur Saturne ? Si oui, quelle est son intensité ?
/2
Oui, Titan exerce une force sur Saturne et de même intensité que la force de Saturne sur
Titan.
Bien qu'une planète gazeuse n'ait pas de surface bien définie, on souhaite maintenant
calculer le poids que ferait un astronaute avec sa combinaison spatiale s'il pouvait poser le
pied sur Saturne pour le comparer avec son poids sur Terre.
4.
Donner une définition du poids sur Saturne et du poids sur Terre.
Le poids d'un objet sur Saturne est assimilé à la force d'attraction gravitationnelle de
Saturne sur l'objet en question.
De la même manière, le poids d'un objet sur Terre est assimilé à la force d'attraction
gravitationnelle de la Terre sur l'objet en question.
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5.
Quel serait le poids d'un astronaute ayant une masse m A d'environ 90 kg avec sa
combinaison spatiale ayant une masse mC d'environ 70 kg à la surface de Saturne ?
On sait que PS = FS /A +C = G.
MS .(mA +mC )
R 2S
/1
.
26
On en déduit PS = 6,67 .1011 ×
6.
5,7.10 × (90+70)
= 1,8 .103 N
3 2
(58232.10 )
Calculer le poids de ce même astronaute à la surface de la Terre.
/2
On sait que P = m.g
On en déduit P = (90+70) × 9,81 = 1,6 .103 N
7.
La combinaison spatiale serait-elle plus facile à porter à la surface de la Terre ou à la
surface de saturne ? Pourquoi ?
/2
La combinaison spatiale serait donc plus facile à porter à la surface de la Terre car le poids
de l'astronaute avec sa combinaison y est plus faible.
8.
Pour se rendre un peu mieux compte, calculer la masse de la combinaison que devrait
porter l'astronaute sur Terre pour avoir le même poids que sur Saturne. Commenter.
P
On sait que P = (mA+mC ).g soit mC =
− mA
g
3
On en déduit mC =
1,8 .10
− 90 = 93kg soit 23 kg de plus...
9,81
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