09/2005 National CORRECTION Calculatrice interdite
EXERCICE III : LE TRANSIT DE VÉNUS DU 8 JUIN 2004 (5,5 points)
1. Étude des caractéristiques du mouvement de Vénus
1.1. Le référentiel d'étude est le centre d'inertie du Soleil, on le nomme référentiel héliocentrique.
1.2. Appelons
SV
F
la force exercée par le Soleil sur Vénus.
Définissons le vecteur unitaire
SV
u
=
SV
SV
où S est le centre du Soleil et V le centre de Vénus.
Effectuons le schéma, ensuite nous l'utiliserons pour donner l'expression vectorielle de
SV
F
.
SV
F
= G .
12
2
2
MM
R
SV
u
.
1.3. D'après la deuxième loi de Newton, appliquée au système Vénus, dans le référentiel héliocentrique
considéré galiléen:
SV
F
= M2 .
a
Soit
a
=
2
SV
F
M
donc
a
= G .
1
2
2
M
R
SV
u
1.4. Étude théorique de la vitesse orbitale de Vénus
1.4.1. Dans la base de Frenet:
a
=
2
dv .
dt
+
2
2
2
v
R
.
avec
n
vecteur unitaire tel que
=
SV
u
et
vecteur unitaire, orienté dans le sens du mouvement de Vénus et perpendiculaire à
.
Le mouvement étant uniforme alors v2 = cte donc
2
dv
dt
= 0.
L'expression de l'accélération de Vénus devient
a
=
2
2
2
v
R
.
n
.
Caractéristiques du vecteur
a
: direction : droite (SV), sens de Vénus vers le Soleil, valeur =
2
2
2
v
R
1.4.2.
= G .
1
2
2
M
R
SV
u
=
2
2
2
v
R
.
n
or
n
=
SV
u
donc G.
1
2
M
R
= v22
On retrouve l'expression proposée v2 =
1
2
.GM
R
.
1.4.3. ATTENTION, il faut convertir la distance R2 en mètres!!!
v2 =
11 30
83
6,6 10 2,0 10
1,0 10 10
 

=
19
11
13,2 10
1,0 10
=
13
19
11
10
10
= 3,6
8
10
= 3,6104 m.s1
S
V
SV
F
SV
u
Il faut impérativement utiliser les lettres de l'énoncé, le signe est
nécessaire car le vecteur force est opposé au vecteur unitaire choisi
1.5. Étude de la période de Vénus
1.5.1. T2 est la durée nécessaire à la planète Vénus pour effectuer un tour complet autour du Soleil.
1.5.2. Un tour complet représente une distance d = 2R2 qui est parcourue en une durée égale à T2.
Donc v2 =
2
2
2R
T
, soit T2 =
2
2
2
v
R
T2 =
83
4
2 1,0 10 10
3,6 10
 
là encore attention R2 à exprimer en mètres
T2 =
2
3,6
107 = 1,7107 s
1.6. La 3ème loi de Kepler
1.6.1. D'après 1.5.2. T2 =
2
2
2
v
R
, donc T22 =
2
2
2
2
v
R
expression dans laquelle on introduit l'expression de
v2 du 1.4.2. v2 =
1
2
.GM
R
.
Soit T22 =
2
2
1
2
G.M
R
R
T22 = 4²R22.
2
1
.
R
GM
T22 =
3
2
1
G.M
R
Finalement on obtient la 3ème loi de Kepler:
2
23
21
.
T
R G M
.
1.6.2. M1 =
3
2
2
2
R
TG
2. Exploitation du transit de Vénus
2.1. OE est égale au diamètre du Soleil donc OE = D1 = 1,4106 km
AB =
3
4
.D1
AB =
3 1,4
4
106 =
6
4,2 10
4
= 1,05106 km
donc AB = 1,1109 m.
2.2.1. v1 =
AB
A'B'
t
, il faut donc déterminer la distance A'B'.
D'après le théorème de Thalès, appliqué dans le triangle Q1BA, on a
1
1
Q B' A'B'
=
Q B AB
.
D'autre part, on a Q1B = R1 et Q1B' = Q1B BB' = R1 R2
donc
12
1
RR A'B'
=
R AB
soit A'B' = AB.
12
1
RR
R



v1 =
AB
AB
t
.
12
1
RR
R



v1 =
6
4
1,05 10
2,0 10
88
8
1,5 10 1,0 10
1,5 10

 


=
2
1,05 10
2,0
0,5
1,5
=
105 0,5
3
=
52,5
3
= 17,5 km.s1
On retrouve la valeur proposée v1
18 km.s-1.
Q
1
2.2.2. vT vitesse de la Terre, vT = 30 km.s1
vT =
12
AB
QQ
t
donc Q1Q2 = vT.tAB
Q1Q2 = 30 2,0104 = 6,0105 km cette distance parcourue par la Terre n'est pas négligeable face à la
distance AB. (AB = 1,05106 km).
La Terre ne peut pas être considérée comme étant immobile pendant le transit de Vénus.
2.2.3. On voit bien que A'B" > A'B'. Ce qui explique l'erreur précédente sur la vitesse de Vénus.
B''
B
A
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