Partie I : L`UNIVERS
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CH 5 : Forces et mouvements I. Le système solaire Notre galaxie, appelée la Voie Lactée, est composée d'environ 250 milliards d'étoiles dont la notre, le Soleil. Au centre se trouve un trou noir nommé « Sagittarius A* » d'environ 5 millions de masse solaire. Toutes les étoiles tournent autour du trou noir dans le même sens et forment le disque galactique d'environ 100 000 années lumières de diamètre. On donne : • masse su Soleil : M = 2,010 12 • 1 a.L. = 9,510 km 30 kg Exercice 1 : a. Déterminer le rayon de notre galaxie dans l'unité du Système International. b. Effectuer de même pour la masse de Sagittarius A*. c. Quelle force oblige notre Soleil à tourner autour de Sagittarius A* ? Préciser son auteur et son receveur. d. Définir le mouvement du Soleil dans le référentiel de Sagittarius A*. Faire de même dans le référentiel héliocentrique. e. Déterminer la distance R qui sépare notre Soleil du centre galactique sachant que le Soleil tourne à une vitesse v = 220 km/s autour de ce centre et qu'il fait un tour de la galaxie en T = 250 millions d'années. Combien de fois le Soleil a-t-il fait le tour de la galaxie ? Pratiquement toutes les étoiles de notre galaxie sont entourées d'une ou de plusieurs planètes. Les planètes en orbite autour d'une étoile autre que le Soleil sont appelées exoplanètes. Le Soleil est, quant à lui, entouré d'une multitude d'objets de différentes tailles dont les plus gros sont les planètes. L'U.A.I. (Union Astronomique Internationale) dénombre aujourd'hui 8 planètes autour du Soleil, dont la Terre. DIAPORAMA 1 DIAPORAMA 2 Exercice 2 : a. Sachant que la Terre se trouve à R = 152 millions de kilomètres du Soleil, déterminer sa vitesse v dans le référentiel héliocentrique en km/s. b. Quelle est la force qui fait tourner la Terre autour du Soleil ? Donner sa direction, son sens, son auteur et son receveur. c. Si le Soleil disparaissait, quel serait alors le mouvement de la Terre ? Pourquoi ? A retenir : Tous les mouvements des astres (comètes, astéroïdes, planètes, étoiles, trous noirs, ...) et des groupes d'astres (systèmes planétaires, systèmes stellaires, galaxies, amas galactiques, ...) sont engendrés uniquement par l'interaction gravitationnelle. Planètes du système solaire 1] MERCURE 2] VENUS 3] TERRE 4] MARS 5] JUPITER 6] SATURNE 7] URANUS 8] NEPTUNE 1/3 Partie I - Ch. 5 II. Le principe de l'inertie II.1 Effets des forces Exercice 3 : Une balle de ping pong est lancée avec la même vitesse initiale et la même direction (flèche) dans trois environnements différents : une région de l'espace éloignée de tout autre corps à quelques mètres au dessus de la surface de la Lune à quelques mètres au dessus de la surface de la Terre On visualise alors le mouvement de la balle dans chacune de ces situations en faisant une chronophotographie. a. D'après les images 1, 2 et 3 obtenues, déterminer ce qu'est une chronophotographie. Que permet-elle de faire ? b. Quelles sont les forces que subit la balle dans la région 1 ? Quel est son mouvement ? c. Mêmes questions pour les régions 2 et 3. d. Que se serait-il passer dans la région 1 si l'on avait lâché la balle sans la lancer ? e. Même question pour les régions 2 et 3. A retenir : • soit : .................................................................................................................... Un objet soumis à aucune force est • soit : .................................................................................................................... Exercice 4 : La balle de masse m = 2,3 g est à présent posée à la surface de la Terre (g = 9,8 Nkg ). -1 a. Quel est le mouvement de la balle dans le référentiel terrestre ? b. Quelles sont les forces qui s'appliquent sur la balle ? c. Définir toutes les caractéristiques de chacune de ces deux forces et écrire ces forces en précisant leur auteur et leur receveur. d. Représenter ci-contre ces deux forces en choisissant une échelle appropriée. e. Ces forces se compensent-elles ? Pourquoi ? Exercice 5 : Considérons une situation idéale imaginaire où un palet glisse sur une patinoire sans aucun frottement avec la glace ou avec l'air. a. Quel est alors le mouvement du palet dans le référentiel terrestre ? b. Quelles sont les forces qui s'appliquent sur lui ? c. Ces forces se compensent-elles ? Lorsqu'on effectue réellement l'expérience, on observe que, même avec une glace très lisse, le palet ralentit et finit par s'arrêter. 2/3 d. Quel est le mouvement réel du palet ? e. Quelles sont les forces qui s'exercent réellement sur le palet lors de son mouvement ? Les représenter ci-dessus sans tenir compte de leur norme. f. Ces forces se compensent-elles ? g. A quelle condition un objet peut-il être immobile ? Même question pour avoir un objet en mouvement rectiligne uniforme. Partie I - Ch. 5 II.2 Principe d'inertie A noter : • Un objet soumis à aucune force est dit isolé. • Un objet soumis à des forces qui se compensent est dit pseudo-isolé. Principe d'inertie (formulé par I. Newton) Tout corps persévère dans son état de repos ou de mouvement rectiligne uniforme s'il est soumis à des forces qui se compensent. Exercice 6 : On a repéré la position d’un mobile à intervalles de temps réguliers. On obtient les mouvements suivants : + + + + + + + + + + + + a. Nommer ces mouvements. b. Dans quelle situation le mobile est-il isolé ? Pseudo-isolé ? II.3 + + + + Applications 1. La Terre + Terre On considère le mouvement de la Terre dans le référentiel héliocentrique. a. Quelles sont les deux forces dues à l'interaction gravitationnelle ? b. Les représenter sur le schéma ci-contre avec l'écriture c. Faire le bilan des forces qui s'exercent sur la Terre. d. Quel est le mouvement de la Terre dans le référentiel héliocentrique ? e. Le principe d'inertie est-il vérifié ? Justifier. F auteurreceveur . + Soleil 2. Le livre On considère à présent un livre de masse m = 150 g posé sur une table. R a. La table est-elle un référentiel terrestre ? Pourquoi ? b. Quel est alors le mouvement du livre dans le référentiel terrestre ? c. D'après le principe d'inertie, quelle est la conséquence de ce mouvement pour les forces qui s'exercent sur le livre ? d. Le livre n'est soumis qu'à deux forces notées P et R. Compléter les renseignements suivants : Force P : 3/3 P Force R : Nom : .............................................................................. Nom : .............................................................................. Auteur : ........................................................................... Auteur : ........................................................................... Receveur : ...................................................................... Receveur : ...................................................................... Direction : ....................................................................... Direction : ....................................................................... Sens : ............................................................................. Sens : ............................................................................. Intensité : ........................................................................ Intensité : ........................................................................ Point d'application : ........................................................ Point d'application : ........................................................ Partie I - Ch. 5
