CHAPITRE 11 GRAVITATION ET POIDS I) Le système solaire Notre système solaire est constitué d un soleil et de 8 planètes qui tournent autour. On dit qu elles gravitent autour du Soleil. De la même manière que la Lune tourne autour de la Terre. Le système solaire est décrit très abondamment dans la littérature et sur Internet (voir dans Google, "système solaire images" et même "système solaire animations"). Voir le site www.planeteastronomie.com La double rotation de la Terre : autour du Soleil en 365 j, et sur-elle-même, dans le même sens, en 1 j La Lune (non représentée) tourne autour de la Terre, dans le même sens, à peu près dans le même plan, mais beaucoup plus lentement : 1 tour en 4 semaines. mémo : Mais Viendras-Tu Manger Jeudi Sur Une Nappe (propre) graviter = se déplacer autour d un point central selon les lois de la gravitation Parcours Distance (millions de km) de la lumière Durée du parcours à la vitesse de d une fusée d un avion d un piéton Terre - Lune 0,38 1,2 s 4 jours 19 jours 33 ans Terre - Soleil 150 8 min 4 ans 18 ans 12 000 ans Terre - Pluton 5 900 5 h 4 min 170 ans 890 ans 500 000 ans Et au-delà du système solaire? L objet le plus proche est à 4 années-lumière, c est-à-dire que la lumière met 4 ans pour y parvenir. Notre fusée mettrait plus d un millions d années Chap12-1/5 - MARTIN
II) La gravitation La gravitation est un phénomène d interaction entre 2 corps massifs, ce qui provoque une attraction réciproque. Autrement dit : le Soleil attire la Terre et la Terre attire le Soleil. Idem pour la Terre et la Lune. Cette attraction réciproque dépend de 2 facteurs : - Elle augmente si la masse des corps - Elle diminue si la distance entre les corps Question : Si 2 astres s attirent, pourquoi la Lune ne s écrase-t-elle pas sur la Terre?? Car la Lune possède une vitesse! Donc en fait, la Lune tombe en permanence et la combinaison des 2 : vitesse + gravitation, lui procure un mouvement circulaire autour de la Terre. La gravitation gouverne le mouvement de tout l'univers (système solaire, étoiles, galaxies). En particulier : - Le mouvement des planètes autour du Soleil - Le mouvement des satellites (naturels et artificiels) autour des planètes dont ils sont «captifs» - Le mouvement du système solaire autour du centre de la galaxie, etc. Chap12-2/5 - MARTIN
Voici un texte qui décrit la découverte historique de la loi de la Gravitation Universelle. Newton et la pomme Dans la douceur d une soirée d automne, Newton rêve sous un pommier de Woolstorpe, en regardant la Lune Soudain, une pomme tombe. Car tout ce qui est privé de support tombe sur la Terre. Et la Lune? Elle n a pas de support : pourquoi ne tombe-t-elle pas? En un éclair, Newton a la réponse : elle tombe! La Lune tombe vers la Terre! Sinon, elle continuerait tout droit, et disparaîtrait vers l infini. Puisque sa trajectoire s incurve vers la Terre, c est qu elle tombe, mais sa «vitesse en travers» est si grande que sa chute incurve juste assez sa course pour la maintenir à la même distance de la Terre Extrait de «Newton et la mécanique céleste», Jean-Pierre MAURY Isaac NEWTON (1642-1727), grand physicien et mathématicien anglais, publia le premier, dans un ouvrage désormais célèbre (Principes mathématiques de la philosophie naturelle), la loi de la gravitation universelle. III) Le poids n est pas la masse! Qu est-ce qui fait chuter les objets? Les objets abandonnés à eux-mêmes tombent : ils sont attirés verticalement vers le centre de la Terre, sous l effet de leur poids. Le poids d un objet sur Terre est l attraction à distance que la Terre exerce sur lui, verticalement, du haut vers le bas. On a tendance, dans la vie courante, à confondre la masse et le poids des objets. Pour le physicien, il s agit de deux grandeurs différentes. Chap12-3/5 - MARTIN
La masse d un objet est une grandeur que l on mesure en kilogrammes (kg) avec une balance. Elle dépend de la matière et de la quantité de matière qui constitue cet objet. Elle est invariante (sa valeur est partout la même). Le poids d un objet se mesure en newtons (N) avec un dynamomètre. Sa valeur dépend de la masse de l objet mais aussi du lieu où on fait la mesure (puisqu il dépend de la cause de l attraction gravitationnelle). IV) Relation entre la masse et le poids d un objet On a mesuré la masse en kg avec une balance et le poids en N avec un dynamomètre d une série d objets : une trousse, un cartable, un stylo, un livre. On a relevé les résultats dans le tableau suivant. Remplir la dernière ligne en calculant P/m : Objet Trousse Cartable Stylo Livre masse m (en kg) 0,45 3,7 0,051 0,805 poids P (en N) 4,5 37 0,5 7,9 quotient P/m (en N/kg) 10 10 10 10 Chap12-4/5 - MARTIN
En un lieu donné, le poids des objets est proportionnel à leur masse. Le coefficient de proportionnalité, P/m, est appelé l'intensité de la pesanteur du lieu. On le note g. Si g = P/m, alors : P = m x g (P en N, m en kg, et donc g en : N/kg) A la surface de la Terre, g vaut environ 10 N/kg mais cette valeur dépend de la planète, de la latitude et de l altitude. Ex d application : connaissant ma masse : m = 60 kg, je calcule mon poids terrestre et mon poids jupitérien (g Terre = 10 N/kg et g Jupiter = 23 N/kg) P T = m x g T = 60 x 10 = 600 N P J =m x g J = 60 x 23 = 1380 N IV Variations d énergie au cours de la chute d un objet On appelle énergie cinétique E c l énergie que possède un objet du fait de sa vitesse (vitesse nulle, E c nulle). On appelle E de position E p l énergie que possède un objet du fait de son altitude (E p croît avec l altitude). On appelle E mécanique E m la somme de ces deux énergies : E m = E c + E p Au cours de sa chute, un objet perd progressivement de l E p, mais, dans le même temps, son E c On constate que la somme E c + E p reste constante. On dit que l énergie mécanique se conserve. cons de E méca : envisager deux autres cas : 1 mouv d allers-retours d un roller dans sa piste en cuvette 2 - mouv horiz : v devrait rester cte (en réalité, le vélo ralentit non-conservation à cause des frott) Chap12-5/5 - MARTIN