II- Mouvement circulaire et mouvement rectiligne

TP n°8 Gravitation
I- Observation du mouvement des planètes du système solaire (animation)
II- Mouvement circulaire et mouvement rectiligne
On dispose d’un mobile autoporteur et d’un fil inextensible.
Le document 1 montre l’enregistrement du mouvement de ce mobile autoporteur
tournant autour du point fixe à l’aide d’une ficelle inextensible que l’on a brûlée à
un instant donné.
1) Combien de phases peut-on observer dans le mouvement du mobile ?
2) Indiquez sur l’enregistrement à quel moment on brûle la ficelle.
3) Quelle est la trajectoire du mobile lorsqu’il est accroché à la ficelle ?
4) Quelle force, s’exerçant sur le mobile, permet d’obtenir cette trajectoire ?
5) Quelle est la trajectoire du mobile après que la ficelle a été brulée ?
III- Les planètes du système solaire.
Les planètes tournent autour du Soleil en décrivant des trajectoires elliptiques, la plupart quasi
circulaires.
1) Quelle est la force qui est responsable de cette trajectoire ?
L’expression de la valeur de la force d’interaction gravitationnelle est :
2
.'
.mm FG
d
où G est la constante de gravitation (G=6,67.10-11 USI).
2) Définir chacun des termes de cette expression et préciser les unités (sauf pour G)
3) Pour chaque planète du système solaire, calculer la valeur de la force d’interaction
gravitationnelle
/Soleil planète
F
exercée par le Soleil sur la planète :
Données :
Planète
Masse
Diamètre moyen
(km)
Distance moyenne au
Soleil
Neptune
1,05.1026 kg
4,953.104
4,496.1012 m
Uranus
9,66.1025 kg
5,112.104
2,869.1012 m
Saturne
5,58.1026 kg
1,205.105
1,427.1012 m
Jupiter
1,90.1027 kg
1,429.105
7,78.108 km
Mars
6,43.1023 kg
6,79.103
227,9 millions de km
Terre
5,98.1021 tonnes
1,276.104
1,496.1011 m
Vénus
4,87.1027 g
1,210.104
108,21 millions de km
Mercure
3,25.1023 kg
4,88.103
0,387 UA(1)
Données : Soleil : Masse :mSoleil = 1,98.1030 kg ; rayon moyen : RSoleil = 6,96.108 m
(1) 1UA = 1 fois la distance moyenne Terre-Soleil
4) Sur la feuille jointe, on a représenté, sans respecter d’échelle, les planètes autour du soleil.
Représenter à l’échelle 1,0.1022 N 4,0 cm, au crayon à papier, pour chaque planète, lorsque
c’est possible, la force d’attraction gravitationnelle exercée par le Soleil.
Point fixe
Ficelle
Mobile autoporteur

5) Calculer pour chaque planète la valeur de la force
/planète Soleil
F
exercée par la planète sur le Soleil.
6) Représenter, lorsque c’est possible, ces forces sur la feuille jointe.
IV- Le poids sur Terre et sur la Lune.
Le poids d’un corps à la surface d’une planète est pratiquement égal à la force d’attraction
gravitationnelle exercée par la planète sur ce corps présent à sa surface (il y a en fait également une
très faible contribution de la rotation de la planète sur elle-même).
1) Calculer la valeur du poids d’un corps de masse 70 kg sur Terre, puis sur la Lune. Comparer ces
deux valeurs.
Données :
Lune : Masse :mLune = 7,4.1022 kg ; rayon moyen : RLune = 1,76.106 m ;
Distance moyenne à la Terre : DTerre-Lune = 3,84.108 m
2) Représenter sur les schémas suivants le poids de ce corps à différents endroits de la Terre et de
la Lune en utilisant l’échelle : 1 cm 400 N.
Terre
Lune
Loi des actions réciproques : Lorsqu’un corps A exerce sur un corps B une force
/AB
F
,
alors le corps B exerce sur le corps A une force
/BA
F
telle que les deux forces sont de même
direction, de même valeur, mais de sens opposé.

Document 1
Document 2