DS Gravitation

CORRECTION 2nde 10 : DS Physique 4 Date :
Sujet B
1) Définir les mots ou expressions suivants :
a) Poids d' un corps : C' est la force d' attraction exercée par la Terre sur ce corps.
b) Référentiel géocentrique : C' est le référentiel constitué par le centre de la Terre
( et des axes de direction fixe orientés vers des étoiles lointaines ).
c) Période de rotation ( d' une planète ) : C' est la durée correspondant à un tour complet de la
planète autour de son axe des pôles.
2) Qu' y a-t-il de commun entre la chute d' un projectile sur Terre et le mouvement de Neptune
autour du Soleil ? C' est la force de gravitation exercée par la Terre ou le Soleil.
3) Une sonde spatiale, atterrissant sur Neptune, a une masse m = 360 kg.
a) Calculer son poids sur Terre ? PT = m . gT
PT = 360 x 9,8 = 3 530 N soit PT = 3,5 . 10 3 N
b) Ce poids sera-t-il le même sur la planète Neptune ? Pourquoi ?
Le poids sera différent sur la planète Neptune car les intensités de pesanteur g sont
différentes, alors que la masse m reste la même.
c) Quelle serait la masse m' d' un objet dont le poids sur Neptune. serait de 700 N ?
PN = m' . gN donc
N
N
g
P
= m' =
3,11
700
soit m' = 61,9 kg
4) a) Newton a montré que la force de gravitation F entre 2 corps est proportionnelle à chacune de leur
masse et inversement proportionnelle au carré de la distance qui sépare les centres de ces 2 corps.
En déduire l' expression ( littérale ) de la force
de gravitation F exercée par une planète de F = G .
2
R
M
. m
masse M sur un objet de masse m posé à sa
surface.
( on notera R le rayon de la planète )
b) Préciser l' unité SI de chacune des grandeurs utilisées dans cette expression :
Les masses M et m sont en kg, le rayon R en mètres, la force F en newtons
et la constante G en N . m 2 . kg – 2 .

CORRECTION 2nde 10 : DS Physique 4 Date :
Sujet B
5) Comment varie la valeur F de la force de gravitation exercée par un corps de masse M sur un autre
corps de masse m :
a) quand on multiplie par 2 la distance entre les centres des 2 corps ? Justifier.
Le dénominateur sera multiplié par 22 = 4 , donc la force F sera divisée par 4
b) quand on multiplie par 3 la masse M ? Justifier.
Le numérateur sera multiplié par 3 , donc la force F sera multipliée par 3
Neptune et Soleil
6) a) Convertir en notation scientifique et en mètres la distance entre le centre de la planète Neptune
et le centre du Soleil ( distance Neptune – Soleil ) : d = 4 500 millions de km
d = 4 500 . 10 6 km = 4,5 10 9 km soit d = 4,5 . 10 12 m
b) Déterminer la durée mise par la lumière pour parcourir la distance Soleil – Neptune.
( On rappelle la vitesse de la lumière dans le vide : c = 3,0 .10 8 m / s et on négligera les rayons du
Soleil et de Neptune devant la distance Soleil – Neptune )
vitesse c =
t
d
donc c . t = d et t =
c
d
t =
)100,3(
105,4
8
12
×
×
soit t = 1,5 . 10 4 s
7) a) Déterminer la valeur F1 de la force gravitationnelle exercée par le Soleil sur Neptune.
F1 = G .
2
d
M
S
. MN F1 =
212
263011
)105,4(
1005,1100,21067,6
××××××
−
soit F1 = 6,9 . 10 20 N
b) La valeur F1 , calculée précédemment, est-elle la même que la valeur F2 de la force de gravitation
exercée par Neptune sur le Soleil ? Justifier.
D' après la loi de Newton, les 2 forces de gravitation sont réciproques et de même valeur
donc F1 = F2
c) Représenter ces 2 forces
1
F
et
2
F
sur un schéma. ( Echelle : 1 cm pour 2 .10 20 N )
Vecteur
1
F
: origine : centre de Neptune, orienté vers le centre du Soleil, longueur : 3,45 cm
Vecteur
2
F
: origine : centre du Soleil, orienté vers le centre de Neptune, longueur : 3,45 cm
DONNEES :
Intensité de pesanteur :
sur Terre : gT = 9,8 N / kg
sur Neptune : gN = 11,3 N/ kg
Masse du Soleil : MS = 2,0 .10 30 kg
Masse de Neptune : MN = 1,05 .10 26 kg
Distance Neptune – Soleil :
d = 4 500 millions de km
Constante de gravitation : G = 6,67 .10 – 11 unités SI