M1 La gravitation

Classe de troisième – Chapitre M1
M1
LA GRAVITATION
Introduction :
Notre Terre comme toutes les planètes du système solaire
tourne autour du Soleil ; la Lune elle-même tourne autour
de la Terre. Quelles trajectoires sont associées à ces
mouvements, comment les expliquer et les modéliser à
notre échelle ? Quels phénomènes physiques sont causés
par ce mouvement ?
I – Le système solaire
Voir Activité 1 p12-13, Nathan
Bilan :
Le système solaire est constitué d’une étoile, le Soleil, située en son centre et de 8 planètes.
Ces 8 planètes gravitent autour du Soleil selon des trajectoires circulaires.
Certaines planètes possèdent des satellites naturels tous en orbite circulaire autour d’elles.
Remarques :
A partir du Soleil, les planètes sont :
Mercure, Vénus, Terre, Mars, Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune.
Le mouvement des planètes autour du Soleil est identique à celui des satellites autour des
planètes. Comment peut-on expliquer cela ?
II – L’interaction gravitationnelle
1) Pourquoi la Lune tourne-t-elle autour de la Terre ?
Laisser tomber un objet à Terre. Pourquoi tombe-t-il ? La Terre attire cet objet.
Problème posé par Newton (doc. A p14):
Une pomme tombe d’un pommier : la Terre exerce une action attractive sur la pomme. De la
même façon, pourquoi le Lune ne tombe-t-elle pas sur la Terre ?
Hypothèse élève
Etude documentaire :
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La vitesse de la Lune est suffisante pour lui permettre de compenser l’attraction terrestre.
Conclusion :
La vitesse de la Lune combinée à l’action attractive à distance de la Terre explique sa
trajectoire circulaire autour de la Terre (docs. B et C p14).
Modélisation de la gravitation :
Reproduisons le mouvement d’une fronde : une balle, fixée à un fil, est mise en rotation par
une main. La main représente la Terre et la balle la Lune. Le fil matérialise l’attraction
terrestre exercée sur la Lune.
La trajectoire de la balle autour de la main est un cercle.
La balle orbite autour de la main si elle possède une certaine vitesse. Par analogie, la Lune
orbite autour de la Terre et ne tombe pas sur Terre car elle possède une certaine vitesse.
Remarques :
• Limite du modèle : l’action de la Terre sur la Lune s’effectue à distance alors que la
main agit par contact sur la balle par l’intermédiaire d’un fil.
• La conclusion précédente s’applique également au mouvement des planètes autour du
Soleil.
Exercice 9 p20
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2) De quels facteurs dépend la gravitation ?
Expérience 1 (doc. C p15)
Y a-t-il réciprocité dans l’action attractive à distance ? Autrement dit, la Lune attire-t-elle
aussi la Terre ?
On place 2 aimants assez proches l’un de l’autre et on lâche l’un des 2 aimants, l’autre restant
immobile.
Observation :
Chaque aimant attire l’autre.
Conclusion :
Lorsqu’un objet exerce une action attractive sur un autre objet, ce dernier exerce en retour une
action attractive sur le premier : c’est le principe de réciprocité des actions (appelé également
principe de l’action-réaction).
Remarque :
L’action de la Terre sur la Lune s’accompagnant d’une action réciproque de la Lune sur la
Terre, on parle alors d’interaction gravitationnelle entre la Terre et la Lune.
Exercice 20 p23 (sauf 4.)
Expérience 2 (doc. B p15)
L’intensité de l’interaction est-elle dépendante de la distance?
On observe la trajectoire d’une bille roulant sur un plan incliné. On réitère l’expérience avec
un aimant placé sur le plan incliné, plus ou moins loin de la trajectoire précédente.
Observation :
Plus l’aimant est rapproché de la bille sur sa trajectoire, plus la bille subit l’action attractive à
distance de l’aimant. Par analogie, plus une planète est proche du Soleil, plus elle est attirée
par lui.
Conclusion :
La gravitation dépend de la distance entre les deux corps qui interagissent : plus ces deux
corps sont proches, plus leur interaction est forte.
Expérience 3 (voir correction TP de mécanique n°1)
La masse des corps influe-t-elle sur l’intensité de l’interaction gravitationnelle ?
Conclusion :
L’interaction gravitationnelle entre deux corps dépend de leurs masses.
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3) Bilan
La gravitation est une interaction attractive à distance entre deux objets qui ont une masse.
Elle dépend de leur distance.
Exercice 8 p20
III – Une conséquence de l’interaction gravitationnelle sur Terre : les marées
Questions « Ça s’explique par la physique », p18 Nathan
Bilan :
Les marées résultent de l’attraction que la Lune et le Soleil exercent sur les masses d’eau
terrestres.
Exercice 18 p23 (1, 2, 3 uniquement)
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