TRAVAUX PRATIQUES N°20 Physique : La gravitation universelle

Physique : Chapitre III,
L’Univers en mouvement et le
temps
I-
TRAVAUX PRATIQUES N°20
Physique : La gravitation universelle
INTRODUCTION
C’est entre 1665 et 1685 qu’ Isaac Newton, scientifique anglais, réalise son « chef-d’œuvre » ;
l’élaboration d’une théorie mécanique permettant l’unification de l’étude du mouvement des objets
« terrestres » et de celui des astres : la gravitation universelle. L’étude du mouvement des objets
avait commencé à la fin du XVIème siècle avec un autre grand scientifique : Galilée. Newton reprend
ses travaux, en particulier ceux liés au principe d’inertie et élabore une théorie permettant d’expliquer
aussi bien le mouvement de chute d’une pomme que celui de la Lune autour de la Terre.
II-
ETUDE DU MOUVEMENT DE LA LUNE AUTOUR DE LA TERRE
La lune se trouve à une distance moyenne de 380 000 km de la Terre autour
de laquelle elle a un mouvement quasi-circulaire uniforme (voir schéma cicontre).
1)
2)
3)
Dans quel référentiel est décrit ce mouvement ?
On considère que dans ce référentiel, comme dans le référentiel terrestre, le principe d’inertie
s’applique.
En appliquant le principe d’inertie, dites si les forces appliquées à la lune se compensent ou
non.
A partir de la question 2), montrez que l’application du principe d’inertie au mouvement de la
Lune autour de la Terre permet de conclure qu’au moins une force s’exerce sur la Lune.
r
La force d’attraction gravitationnelle notée FG est une force qui s’exerce à distance entre 2 corps
possédant une masse.
4)
r
Sur le schéma précédent, représenter la force d’attraction gravitationnelle FG (T/L) exercée par
la Terre sur la Lune.
Nous sommes en droit de nous poser la question : « «si la lune n’est soumis qu’à une seule force qui
l’attire vers la Terre, pourquoi ne s’écrase t-elle pas sur nous ? »
III-
POURQUOI LA LUNE NE TOMBE T-ELLE PAS SUR LA TERRE ?
Pour comprendre ce fait, nous allons étudier la chute
d’un objet au voisinage de la terre en
r
considérant qu’ en première approximation,
le poids P d’un objet représente la même force que la
r
force d’attraction gravitationnelle FG exercée par la Terre sur cet objet au voisinage de la Terre.
Ouvrez logiciel dynamic.
Ouvrez le fichier « project2 ».
Sélectionner Initialiser → vitesse→ modifier
r
r
r
Fixez un angle de 0° entre Vo et l’axe des abscisses (90 ° entre Vo et P ) : le lancer de l’objet est
horizontal.
Donnez à Vo les valeurs successives de 1m/s, 2m/s, 10m/s, 100m/s et 1000m/s sans effacer les
différents tracés.
1)
Que se passe t-il lorsque l’on augmente la vitesse initiale de l’objet ?
La satellisation d’un corps consiste à le lancer de façon à ce qu’il tourne périodiquement autour de la
Terre.
2)
Déduisez-en les conditions permettant de satelliser un objet autour de la Terre.
3)
Expliquez pourquoi la Lune « ne tombe pas sur la Terre ? »
IV-
CONDITIONS DE SATELLISATION DE LA LUNE
Nous allons étudier les conditions de satellisation de la Lune autour de la Terre.
Ouvrez le fichier « lune ».
r
r
L’angle fixé entre Vo et FG étant fixé à 90°, faites varier la vitesse initiale en lui donnant
successivement les valeurs suivantes : 100 m/s, 200 m/s, 500 m/s, 1030 m/s et 2000 m/s.
1) Dessinez les différentes trajectoires obtenues :
100 m/s
200m/s
500m/s
1030 m/s
2000m/s
2) Quelle est la vitesse de satellisation VS de la Lune autour de la Terre ? Justifier.
r
r
La vitesse initiale étant fixée à 1030 m/s, faites varier l’angle entre Vo et FG en lui donnant
successivement les valeurs suivantes : 5°, 10°,45°, 90°et 110°.
3) Dessinez les différentes trajectoires obtenues :
5°
10°
45°
90°
110°
4) Donnez les 2 conditions qui font que l’on appelle la Lune « satellite naturel de la Terre ».