Gravitation 2nde - investigation sur document – cours actif

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Gravitation 2nde - investigation sur document – cours actif
BO et Objectifs
BO : Le système solaire : l’attraction universelle (la gravitation universelle) assure la cohésion
du système solaire.
Les satellites et les sondes permettent l’observation de la Terre et des planètes.
L’attraction universelle (la gravitation universelle) assure la cohésion du système solaire.
C’est une interaction entre les corps qui possèdent une masse. Cette interaction est modélisée
ou représentée par des segments fléchés appelés forces dont le sens permet de visualiser
l’attraction des corps entre eux.
Matériels : Vidéoprojecteur – baffles - Vidéo : les mystères de l’univers
Durée : 2 heures classe entière - Commentaires : choisir exercices du livre élève pour
entrainement en classe et approfondissement à la maison
TP : mouvements relatifs des planètes - calque activité du livre
Relativité du mouvement.
Référentiel. Trajectoire.
Comprendre que la nature du mouvement observé
dépend du référentiel choisi.
La gravitation universelle.
L’interaction gravitationnelle entre deux
corps.
La pesanteur terrestre.
Calculer la force d’attraction gravitationnelle qui
s’exerce entre deux corps à répartition sphérique
de masse.
Savoir que la pesanteur terrestre résulte de
l’attraction terrestre.
Comparer le poids d’un même corps sur la Terre
et sur la Lune.
Actions mécaniques, modélisation par une
force.
Effets d’une force sur le mouvement d’un
corps : modification de la vitesse,
modification de la trajectoire. Rôle de la
masse du corps.
Principe d’inertie.
Observation de la Terre et des planètes.
Savoir qu’une force s’exerçant sur un corps
modifie la valeur de sa vitesse et/ou la direction de
son mouvement et que cette modification dépend de
la masse du corps.
Utiliser le principe d’inertie pour interpréter des
mouvements simples en termes de forces.
Mettre en œuvre une démarche d’expérimentation
utilisant des techniques d’enregistrement pour
comprendre la nature des mouvements observés
dans le système solaire.
Analyser des documents scientifiques portant sur
l’observation du système solaire.

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OU ………………. ………………… ?
I] Trouvons qui est responsable de ces mouvements en regardant une vidéo
et en étudiant un document
Observation de quelques minutes de vidéo « les mystères de l’univers » :
Avez-vous la réponse ?
Document : la sonde VOYAGER I
C’est en Mars 1979 que la sonde spatiale américaine Voyager I est passée dans le voisinage
immédiat de Jupiter, afin de réaliser des photographies de son satellite Io.
Voici une représentation de sa trajectoire au voisinage de Jupiter :
Comment expliquer le changement
de trajectoire de cette sonde ?
Maître Yoda dans Star
Wars… ?
GOTLIB
CHAPITRE UNIVERS N°….
Pourquoi tout tourne ou est en mouvement dans l’univers ?
« Que la force qui gouverne tout l’univers soit avec toi !!! »

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1. Entre quelles dates le mouvement de la sonde est-il rectiligne uniforme ?
2. Entre quelles dates le mouvement de la sonde n’est-il pas rectiligne uniforme ?
3. Quelle est la raison de cette modification ?
4. Est-ce une force d’attraction ou de répulsion ?
5. La valeur de cette force dépend-elle de la distance Jupiter/sonde ?
6. À quelle date cette valeur passe-t-elle par un -maximum ?
7. D’après vous et en lisant le manga ci-dessous, que pourrait-il se passer si la sonde
arrivait au voisinage de Jupiter avec une vitesse beaucoup plus faible ?
II] Peut-on exprimer , écrire, formuler cette « force » gravitationnelle
GOTLIB

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Selon la légende, c’est en observant la chute d’une pomme qu’Isaac Newton eut l’idée de la
gravitation universelle.
En s’inspirant des travaux de ces prédécesseurs Galilée, Kepler et d’une idée qui lui a été fournit
par son « ennemi » Hooke, il énonça cette loi universelle dans son ouvrage « Principia
Mathématica » paru en 1687 de la manière suivante :
« Deux corps quelconques s’attirent avec une force directement proportionnelle au
produit de leur masse et inversement proportionnelle au carrée de leur distance »
Questions N°1:
1) La force modélisant l’interaction entre les deux masses est elle répulsive ou attractive ?
2) De quelles grandeurs dépend cette force s’exerçant entre les 2 corps massiques ?
3) Comment varie la valeur de cette force lorsque la distance entre les corps augmente ?
4) Le génie de Newton : Si on note d la distance entre la masse m1 et m2, la valeur de la force
de gravitation est-elle proportionnelle à :
d ? 1/d ? d2 ? 1/ d² ou
2
1
d
? Justifier la réponse.
5) Traduire cet énoncé par une expression littérale de cette force notée F comprenant les
symboles m1, d², m2, et une constante de proportionnalité que l’on appellera G
6) Indiquez les unités de chacune des grandeurs rencontrées dans le système international.
G est appelée constante de gravitation universelle : G = 6,67.10-11 m3.kg-1.s-2
Questions N°2 : quelques applications de cette loi à notre satellite naturel : la Lune
1) Donnez l’expression de la force d’interaction
Gravitationnelle entre la Terre et la Lune.
2) Calculez-la.
Données :
Masse de la Terre : mT= 5,98.1024 kg
Masse de la Lune : mL= 7,34.1022 kg
Distance centre de la Terre- centre de la Lune
d = 3,84.105 km
3) Représenter sur un schéma les deux forces
en utilisant l’échelle suivante: 1 cm pour 1020N
On supposera qu’elles s’appliquent au centre de la Terre et au centre de la Lune.
Livre Hachette

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III] Quel est le lien avec le poids P vu en classe de troisième ?
A compléter
IV] Petite histoire de la gravitation à
compléter
Mesure de G :
Constante de gravitation
universelle
1643 -1727
La balance
à « peser » la Terre
4ième siècle avant JC
1564 - 1642
1604 à 1618
Théorie classique
de la mécanique
CAVENDISH
La loi de la
Gravitation universelle
DE PRINCIPIA MATHEMATICA
1731-1810
Comment des corps peuvent s’attirer sur
d’énormes distances sans qu’aucun lien
matériel ne les unisse ?
1879 - 1955
Théorie moderne de
la mécanique :
La relativité générale
Théorie quantique de la
gravitation
Graviton et super-cordes
STEPHEN
HAWKING
1942 - …..