etdelaconstantegravitationnelleG.Préciserlanaturedelatrajectoiredu bolidedansle champgravitationnel
delaTerre.
I.B.3) On noteAlepointdelatrajectoireleplusprochedelaTerre.dmin=OAreprésentedoncladistance
minimale entrele centredelaTerre etlebolide.Rappelonsqu’ence point, lavitessedu bolide,notée þvA,est
perpendiculaireau vecteur−→
OA.
a)Montrerquelemomentcinétiquedu bolide estconservéau coursdeson mouvement.En déduireune
relation simple entrevr,b,dminetvA=||þvA||.
b) Déterminerl’expression dedminenfonction deG,MT,vretb.
c) Pourquelebolide entre encollision avec laTerre,montrerqueleparamètred’impactbdoitêtreinférieur
àunevaleurmaximale,notée bmax,quel’on exprimeraenfonction deRT,G,MTetvr.
I.B.4) a)Encas de collision,montrerquel’expression delavitesseau momentdel’impact,notée vi,
peutsemettresouslaforme
vi=ñv2
r+v2
l
où l’on exprimeralavitessevlenfonction deG,MTetRT.Calculerlavaleurnumériquedelavitessevlet
précisersasignification physique.
b) Quelestl’intervallenumériquedesvaleurspossiblesdelavitessed’impactvid’un astéroïdeavec laTerre?
I.C–Énergie cinétiquedubolide
Le bolide estàprésentmodélisépar unesphèrepleinederayon rb=80 metdemassevolumiqueρb=
2,5×103kg·m−3(matériau rocheux).
I.C.1) Calculerl’énergie cinétiquedu bolidepourunevitessed’impactvi=20 km·s−1.
I.C.2) Unetonned’explosifdeTNT (trinitrotoluène)libèreune énergiede4,18 ×109J.Par ailleurs,une
kilotonnedeTNT représente103tonnesdeTNT etunemégatonnereprésente106tonnesdeTNT.Exprimer
l’énergie cinétiqueprécédentedu bolide entermed’équivalentenTNT.Comparercette énergieàlabombe
atomiqued’Hiroshima(6août1945) quiaproduitune énergie équivalenteàl’explosion de15 kilotonnesdeTNT.
Cette comparaison avec unebombeatomiqueabien un senscar lebolidelibèreson énergie cinétique,au moment
del’impactavec lesol,souslaformed’une explosion.
II Traversée del’atmosphèrepar lebolide–Cratèred’impact
Danscettepartie,on s’intéresseàlatraversée del’atmosphèreterrestrepar lebolideprécédent (sphèrepleine
derayon rb=80 metdemassevolumiqueρb=2,5×103kg·m−3).La courburelocaledelaTerre estnégligée
eton confondsasurface,danslarégion del’impact,avec son plan tangent.On utiliseunebaseorthonormée
directe(þex,þey,þez)etun pointdel’espace estrepérépar sescoordonnéescartésiennes(x,y,z).Onseplace
dansleréférentielterrestre,supposégaliléen.Le champ depesanteur,dirigé suivantlaverticaledescendante est
supposéuniforme:þg=−gþezavec g=9,8m·s−2.
II.A–Atmosphèreisotherme
L’atmosphèreterrestre estsupposée êtreàl’équilibreisothermedetempératureuniformeT0.L’airestassimilé
àun mélange degaz parfaits.ρ(z)etP(z)représententrespectivementlamassevolumique etlapression de
l’airàl’altitudez.Cesgrandeurs sontnotéesρ0etP0au niveau du sol (z=0).
II.A.1) ExprimerP(z)enfonction deρ(z),T0,delaconstantedesgaz parfaitsRetdelamassemolairede
l’airMair.
II.A.2) Montrer,en utilisantl’équilibrehydrostatique,quelamassevolumiqueρ(z)vérifielaloi
ρ(z)=ρ0exp3−z
Ha4
où l’on exprimeralahauteurcaractéristiqueHaenfonction deMair,T0,Retg.
II.A.3) Applicationsnumériques.Calculerlamassevolumiquedel’airρ0au niveau du sol etlahauteurHa.
Données:P0=1,0×105PaetT0=290 K.
II.B–Freinage atmosphérique
Le bolide entredansl’atmosphèreavec unevitessevi=20 km·s−1.Durantlatraversée del’atmosphère, il est
soumisàson poidsetàlaforce detraînée denormeFt=1
2Cρπr2
bv2où C=2estle coefficientdetraînée,ρla
massevolumiquedel’airetvlavitesseinstantanée du bolide.Onsupposequelebolide conservesamasseau
coursdesachute.
II.B.1) Pourlescalculsd’ordredegrandeurde cettequestion,on utiliseraρ0commevaleurcaractéristique
delamassevolumiquedel’air.
a)Justifier,encalculantlenombredeReynoldsassociéàl’écoulementdel’airautourdu bolide, le choix
d’uneloi quadratique envitessepourl’expression delaforce detraînée.Donnée :viscositédynamiquedel’air
ηa=1,8×10−5Pa·s.