
Pour la suite, retenons que dans R∗:
−→
ur=
cosθ
sinθ−→
uθ=−sinθ
cosθ
d−→
ur
dt=˙
θ−→
uθ
d−→
uθ
dt=−˙
θ−→
ur
Dans ce repère, la position de Met sa vitesse ont pour expressions respectives :
−→
r=r−→
ur;−→
v=d−→
r
dt=dr
dt−→
ur+rd−→
ur
dt=dr
dt−→
ur+r˙
θ−→
uθ
l’accélération s’écrit :
−→
γ=d−→
v
dt=¨
r−→
ur+˙
r˙
θ−→
uθ+˙
r˙
θ−→
uθ+r¨
θ−→
uθ−r˙
θ2−→
ur
= (¨
r−r˙
θ2)−→
ur+ (2˙
r˙
θ+r¨
θ)−→
uθ
En résumé :
−→
v=
˙
r
r˙
θ−→
γ=
¨
r−r˙
θ2
1
r
d
dt(r2˙
θ)
L’équation (2) nous donne, en divisant par µ, l’accélération :
d2−→
r
dt2=−G mt
r2−→
ur
Et puisque l’accélération radiale est nulle :
1
r
d
dt(r2˙
θ) = 0
D’où :
r2˙
θ=Cste
Il est intéressant ici de calculer le moment cinétique de Met d’exprimer la loi des aires.
Le moment cinétique : −→
σ=−→
r∧µ−→
v
−→
Fétant dirigée vers C, son moment par rapport à Cest nul. Le moment cinétique est donc constant. Il en découle
que le mouvement est plan, puisque le vecteur-position −→
rreste toujours perpendiculaire à un vecteur constant. Ce
plan est le plan perpendiculaire à σ0contenant C.
On peut calculer le moment cinétique −→
σ, à partir des coordonnées polaires :
−→
σ=µ
r
0
0∧
˙
r
r˙
θ
0
=
0
0
r2˙
θ
=µr2˙
θ−→
uz
La constante des aires(voir plus loin pourquoi elle s’appelle ainsi) est C =σ
µ=r2˙
θ, c’est aussi la valeur du moment
cinétique par unité de masse.
On peut aussi calculer le moment cinétique en coordonnées cartésiennes. Les conditions initiales étant fixées, −→
v0
est donné par ses coordonnées, ainsi que −→
r0.
−→
σ=µ
x0
y0
0∧
vx0
vy0
0
=
0
0
x0vy0−y0vx0
=µ(x0vy0−y0vx0)−→
uz
Les livres d’astronomie1préfèrent définir la vitesse par un autre paramètre γ,angle de l’horizontale locale −→
uz∧−→
ur
(c’est-à-dire −→
uθ)avec la vitesse, en se plaçant toujours en coordonnées polaires.
1page 43 dans Le mouvement du satellite : conférences et exercices de mécanique spatiale. Cepadues-éditions 1983.
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