Activité 1 : Newton et la gravitation 1

Univers
Activités Chap 12 : La gravitation universelle
Activité 1 : Newton et la gravitation
Document 1 : Le mouvement de la Lune par Newton
Un projectile ne tomberait point vers la Terre, s'il n'était point animé
par la force de gravité, mais il s'en irait en ligne droite dans les cieux
avec un mouvement uniforme, si la résistance de l'air était nulle. C'est
donc par sa gravité qu'il est retiré de sa ligne droite, et qu'il infléchit
sans cesse vers la Terre. […]
Or par la même raison qu'un projectile pourrait tourner autour de la
Terre par la force de gravité, il se peut faire que la Lune par la force de
sa gravité (supposé qu'elle gravite) ou en quelque autre force qui la porte
vers la Terre soit détournée à tout moment de la ligne droite pour
s'approcher de la Terre et qu'elle soit contrainte à circuler dans une
courbe, et sans une telle force, la Lune ne pourrait être tenue sur son
orbite.
Isaac Newton, Principes mathématiques de la Philosophie naturelle, 1759
1- a) Quelles sont les conditions indiquées par Newton pour qu'un projectile se déplace « en ligne droite dans les cieux
avec un mouvement uniforme » ? _________________________________________________________________
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b) Quel serait le mouvement du projectile s'il n'était pas soumis à la « force de gravité » ? ______________________
c) Pour interpréter le mouvement de la Lune autour de la Terre, Newton a émis l'hypothèse qu'une force s'exerçait sur la
Lune. En utilisant le document 1, répondre aux questions suivantes :
– Quel serait le mouvement de la Lune si elle n'était pas soumise à cette force ?
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– Quel est l'effet de cette force sur le mouvement de la Lune ?
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2- a) Comment appelle-t-on aujourd'hui ce que Newton appelle la « force de gravité » pour le projectile?
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b) Comment nomme-t-on précisément cette force lorsqu'on étudie le mouvement de la Lune autour de la Terre ?
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c) De quelle interaction cette « force de gravité » résulte-t-elle ? ________________________________________
3- a) On dit que cette « force de gravité » est universelle. Que cela signifie-t-il ? _____________________________
b) D'après la légende, Newton aurait commencé à élaborer sa théorie sur le mouvement de la Lune après avoir reçu sur la
tête une pomme tombée d'un arbre. Pourquoi ? ______________________________________________________
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Activité 2 : Trajectoires de Mars dans différents référentiels
Mars a été définie comme une planète par les Grecs dans l'Antiquité. Pourquoi l'ont-ils qualifiée ainsi ?
Document 1 : Évolution de la définition du mot
Document 2 : Trajectoires de Mars et de la Terre
« planète » au cours du temps
autour du Soleil
Le mot « planète » signifie « vagabond » (en grec) et
désigne « ces astres errants » repérés dès l'Antiquité
dans le ciel terrestre. Les premiers astronomes comptaient
7 planètes : Mercure, Vénus, Mars, Jupiter, Saturne, Soleil
et la Lune.
Depuis le XVIIe siècle, la définition du mot « planète » a
évolué plusieurs fois et on compte aujourd'hui 8 planètes :
Mercure, Vénus, la Terre, Mars, Jupiter, Saturne, Uranus
et Neptune.
Quelques positions de la Terre ainsi que les positions correspondantes de
Mars représentées par les chiffres de 1 à 7 (cette figure n'est pas à
l'échelle car les étoiles sont en réalité beaucoup plus éloignées)
1- Quel est la trajectoire de Mars par rapport au Soleil ? _____________________________________________
2- La trajectoire de Mars par rapport au Soleil permet-elle d'expliquer le nom de « planète » donné dans l'Antiquité à
cet astre ? ___________________________________
3- Pour comprendre le choix du mot « planète » dans l'Antiquité, observons le mouvement de Mars dans le ciel terrestre.
– Ouvrir la vidéo trajectoire Mars avec le logiciel de pointage AviMéca ;
– Observer le mouvement de Mars par rapport aux autres étoiles fixes dans le ciel terrestre ?
– Sur chaque image, réaliser un pointage soigné de la position de Mars.
4- a) Comment peut-on qualifier la trajectoire de Mars dans le ciel terrestre ? Cela permet-il d'expliquer le nom de
« planète » donné à cet astre dans l'Antiquité ? ______________________________________________________
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b) On parle de rétrogradation de la planète Mars dans le ciel terrestre, pourquoi ? ___________________________
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c) Peut-on parler de rétrogradation de la planète Mars autour du Soleil ? __________________________________
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d) On appelle référentiel le solide de référence par rapport auquel on étudie le mouvement.
Le mouvement de Mars est-il le même dans le référentiel lié au Soleil (héliocentrique) et dans le référentiel lié à la Terre
(géocentrique) ? _____________________________________________________________________________
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Activité 3 : Attraction gravitationnelle et poids (résolution de problème)
notée /10
Un célèbre auteur de BD avait imaginé dans les années 1950 les premiers pas de l’homme sur la Lune. Dans son album le
capitaine de la mission équipé d’un scaphandre arrive à faire des bonds sans efforts.
Quinze ans plus tard, Amstrong posait le pied sur la Lune.
Tintin a-t-il raison ?
Vous devez rédiger la démarche permettant de répondre à cette question. Les calculs apparaîtront clairement.
Données :
Rappel collège :
masse du scaphandre : m=80kg
Le poids, P, d'un corps est l'action
exercée par la Terre (ou tout autre
corps céleste) sur ce corps.
rayon
masse
Terre RT= 6,38x103km mT=
6,0x1024kg
Lune
RL= 1,74x103km mL =
7,3x1022kg
P=mg
avec P : force poids en Newton (N)
m: masse du corps en kg
g: intensité de la pesanteur (N.kg-1)
L'interaction gravitationnelle :
Deux corps A et B de masse mA et mB et distants de d sont soumis à l'interaction gravitationnelle.
La valeur de cette interaction de A sur B ou de B sur A se calcule grâce à la relation :
FA/B = FB/A=
G m Am B
2
d
Avec : FA/B : interaction gravitationnelle qu'exerce A sur B ; mA : masse du corps A en kg ; mB : masse du corps B en kg et
G la constante de gravitation universelle G= 6,67x10-11 SI