GRAND DEVOIR DE PHYSIQUE
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Vendredi 13 Décembre 2013 • • GRAND DEVOIR DE PHYSIQUE 3ème 1 HISTOIRE DES SCIENCES Rappeler quelques faits marquants de la vie d'Isaac Newton Plus grands travaux effectués pendant l'épidémie de peste, à l'âge de 24 ans. Il communique ses résultats d'optique mais devant l'accueil mitigé il décide de ne plus rien communiquer. Ses travaux de mécanique ne seront publiés que 20 ans plus tard grâce à son ami Halley. A-t-il vécu avant, après ou bien a-t-il été un contemporain de Galilée ? Newton a vécu après Kepler et Galilée. CHUTE LIBRE 1. Donner la définition de la chute libre La chute libre est le mouvement d'un objet qui n'est soumis qu'à l'interaction gravitationnelle avec la terre (poids) 2. Quels sont les différents mouvements de chute libre à la surface de la Terre ? A la surface de la terre, le poids d'un objet est constant S'il est laché sans vitesse initiale il tombe avec un mouvment vertical accéléré, de haut en bas. S'il est laché avec une vitesse initiale sa trajectoire est une parabole. ETUDE D'UN SATELLITE Un satellite est lancé à partir de la navette spatiale. 1. Quels sont les différentes formes d'orbite qu'il peut avoir si le lancement est réussi ? Si le lancement est réussi sa trajectoire est elliptique ou circulaire. 2. Si sa vitesse de lancement est supérieure à la vitesse de libération, le lancement est-il réussi ? Le lancement n'est pas réussi. 3. Quelle est alors sa trajectoire ? Si sa vitesse de lancement est égale à la vitesse de liberation le satellite part à l'infini sur une trajectoire parabolique. Si sa vitesse de lancement est supérieure à la vitesse de liberation le satellite part à l'infini sur une trajectoire hyperbolique. 4. 5. 6. 7. Le lancement étant réussi, le satellite est géostationnaire : Quelle est la caractéristique d'un tel satellite ? Un satellite géostationnaire tourne en 24 heures autour de la Terre, au dessus de l'équateur. Quel est l'avantage d'un tel satellite ? Un satellite géostationnaire est immobile par rapport au sol Utilise-t-on couramment ce type de satellite ? Les satellites géostationnaires sont utilisés pour les radio télécommunications : satellites TV par exemples (réception par antenne parabolique immobile) Calculer la vitesse, en km/s , d'un tel satellite à partir des données suivantes : Rayon terrestre : 6 000 km Altitude géostationnaire : 36 000 km Période de révolution : 24 heures Rappel : périmètre d'un cercle = 2 π R d avec d =2π ( R terre +h) et t =24 h=24.3600 s t 3 4 2⋅π (6.10 +3,6⋅10 ) AN : v= =2,8 km.s−1 3 24.3 ,6 .10 v= VOLS Les vols zéro G permettent de faire des expériences semblables à celles menées dans la station orbitale internationale en orbite autour de la Terre 1. Le nom zéro G est-il correct d'un point de vue physique (justifier votre réponse) ? Au voisinage de la Terre un objet est soumis à son poids donc à une accélération de g=10m/s² quand il est en chute libre. 2. Quelle expérience pourrait-on imaginer dans l'avion, justifiant une telle appellation ? Un objet posé sur une balance aurait une masse nulle. 3. Comment pourrait-on l'appeler autrement ? Il s'agit d'un vol parabolique. 4. Les vols en navette spatiale sont appelés « vols en micro-pesanteur ». Pourquoi ce nom ? Les navettes spatiales tournent sur des orbites suffisamment hautes, la valeur de la gravitation y est beaucoup plus faibles que sur terre d'où le nom de micro-pesanteur. POIDS ET CONTRE POIDS 1. Comment s'appelle l'appareil de mesure représenter ci-contre ? Il s'agit d'un dynamomètre. 2. Que permet-il de mesurer ? Un dynamomètre mesure un poids, exprimé en newton (N) 3. Quelle est la masse d'aluminium dans le cas étudié ? p p=mg donc m= g AN : m= 1,9 =0,19 kg 10 4. Quelle serait la valeur affichée sur la lune ? Sur la lune la masse n'a pas changé, seul la valeur de l'accélération de la pesanteur a varié. plune =mg lune AN : plune =0,19⋅1,6=0,3 N Données Accélération de la pesanteur terrestre : 10 m/s² Accélération de la pesanteur sur la lune : 1,6 m/s² La même masse d'aluminium est utilisée dans cette deuxième expérience 1. Le poids de cette masse a-il changé ? Le poids étant l'attraction gravitationnelle exercée par la terre sur la masse, celui-ci n'a pas changé. 2. Comment peut-on expliquer la valeur mesurée ? La valeur affiché par le dynamomètre est plus faible quand la masse est plongée dans l'eau : ceci s'explique par une interaction entre l'eau et la masse. L'eau ''porte la masse'' il s'agit de la poussée d'Archimède qui s'exerce verticalement de bas en haut, comme un ''contre poids'' • D'après vous pourquoi la pesanteur sur la lune est-elle plus faible que sur la Terre ? La lune est beaucoup moins massive que la terre, son attraction gravitationnelle est donc plus faible : pour une même masse, le poids lunaire est plus faible que le poids terrestre.
