DOSSIER : LA GRAVITATION Les planètes Pourquoi les planètes restent-elles autour du Soleil? Le Soleil est situé au centre du système solaire. Huit planètes (Mercure, Vénus Terre, Mars, Jupiter, Saturne, Uranus, Neptune) se déplacent autour de lui, sur des trajectoires presque circulaires. Le Soleil attire, à distance chacune des huit planètes qui se déplacent autour de lui ; de même chaque planète exerce une attraction sur le Soleil. Ce phénomène d attraction mutuelle (on dit aussi interaction) entre le Soleil et une planète s appelle la gravitation. Cette attraction a distance peut être exercée : - Par le Soleil sur une planète - Par une planète sur un objet dans son voisinage - Par un objet sur un autre objet voisin 1- La trajectoire d une planète autour du Soleil est : un cercle une droite une parabole 2- L attraction gravitationnelle existe entre : le Soleil et la Terre la Terre et le Soleil un footballeur et son ballon 3- En 365,2 jours, la Terre parcourt : 940 millions de km 940 000 km 9,4 10 8 km Dossier : La gravitation 1
Les satellites de la Terre De la même façon que le Soleil est entouré de planètes, la Terre est entourée de satellites se déplaçant autour d elle. Un sel de ces satellites est naturelles : la Lune. Les autres sont des satellites artificiels lancés par l homme. L attraction gravitationnelle exercée par la Terre sur chaque satellite (et réciproquement, par le satellite sur la Terre) est à l origine de leur mouvement. La Lune Cet astre de rayon 1 750 km se déplace autour de la Terre à la vitesse de 3 700 km/h. Elle décrit une orbite pratiquement circulaire de rayon 384 400 km, avec une durée de révolution voisine de 27,3 jours. La gravitation crée, selon la position de la Lune par rapport à la Terre des marées (il y a deux marées par jour) d amplitude différentes. Les satellites artificiels Des centaines de satellites tournent actuellement autour de la Terre pour assurer la transmission des communications et des chaînes télévisées, le positionnement par satellites (GPS), la réalisation d expériences scientifiques Ces satellites soumis à l attraction gravitationnel -le sont sur deux types d orbites : o Des orbites basses : de 350 à 1 500 km d alti -tude autour de la Terre. Les satellites placés sur ces orbites effectuent une révolution (c'est-à-dire un tour de la terre) en 90 min environ. o Des orbites géostationnaires : à une altitude de 36 000 km environ, à la verticale de l équateur, ces satellites, effectuent une révolution en 24 h ; ils sont donc fixes par rapport à la Terre. 1- Calculer la longueur, en km, de la trajectoire décrite par la Lune autour de la Terre (résultat arrondi au millier de km). 2- A partir de la durée d une révolution autour de la Terre, retrouver la vitesse de déplacement de la Lune. Dossier : La gravitation 2
Activité n 1 : Comment mettre un objet en mouvement? a- Le lanceur de marteau Observer le film sur le lanceur de marteau (cliquer sur l image pour démarrer le film) : b- Expérience : la balle et la ficelle Une balle en caoutchouc est accrochée à l extrémité d une ficelle. En tenant l autre extrémité par la main, on donne à l ensemble un mouvement continu. 1- Quelle est la forme de la trajectoire décrite par la balle (ou le marteau) lors du mouvement? 2- La main exerce-t-elle une attraction sur la balle par l intermédiaire de la ficelle? Si l on compare le mouvement de la balle à celui d une planète autour du Soleil, quelle action permet à la planète de rester sur son orbite. 3- La balle (ou le marteau) exerce-t-il une attraction sur la main? 4- Que se passe t-il lorsque le lanceur de marteau lâche le câble? Dossier : La gravitation 3
Activité n 2 : Comment réaliser une attraction réciproque entre deux objets? La bille d acier et l aimant Observer le film suivant (cliquer sur l image pour démarrer le film) : 1- L aimant exerce-t-il une attraction sur la bille? Pourquoi l appelle-t-on «attraction à distance»? 2- Dans le cas du mouvement d une planète autour du Soleil, comment appelle-t-on l action à distance qui permet de maintenir la planète sur son orbite? 3- Quelle est la trajectoire de la bille à la sortie de la goulotte? au voisinage de l aimant? 4- La bille attire-t-elle l aimant? Comment le montrer? Dossier : La gravitation 4
L attraction terrestre La loi de gravitation s applique à chaque planète et à chaque objet ayant une masse. Ainsi la Terre exerce une attraction sur tous les objets dans son voisinage. Remarque : un objet attire également la Terre mais l effet est négligeable car la masse de l objet est très faible devant celle de la Terre. A 380 km d altitude, dans la station spatiale inter -nationale, un cosmonaute est soumis à l attraction terrestre : les 9 de celle existant sur la Terre. 10 A 2000 m d altitude, les êtres vivants et les objets sont tous soumis à l attraction de la Terre : lorsqu ils ne reposent pas sur une surface solide, ils chutent. Cette action à distance que la Terre exerce sur tout objet est le «poids» de cet objet qui dépend de l intensité de l attraction terrestre. Pour un même objet, l attraction terrestre varie avec : o La position géographique de l objet, en particulier son altitude : l attraction est de moins en moins grande quand on s élève en altitude ; o Les conditions particulières liées au lieu (latitude, densité du sol, ) Pour un objet situé sur la Terre : 1- L attraction terrestre est la même : o A des altitudes différentes? o Sur l Equateur et au pôle Nord? 2- A quel phénomène doit-on la chute des corps? Dossier : La gravitation 5
Pourquoi la Terre gravite-t-elle autour du Soleil? Les activités 1 et 2 ont montré qu une action attractive peut communiquer une trajectoire circulaire à un projectile. Ainsi le Soleil exerce une attraction sur la Terre qui provoque son mouvement de rotation autour du Soleil. La trajectoire décrite par la Terre est une cecle de rayon 150 millions de km. Cette action attractive dépend des masses des deux astres et de la distance qui les sépare. Pourquoi les satellites gravitent-t-ils autour de la Terre? Lancés à une certaine altitude avec une vitesse convenable, les satellites artificiels gravitent autour de la Terre. Dossier : La gravitation 6
Feuilles réponses Les planètes 1-2- 3- Les satellites de la Terre 1-2- Activité n 1 : Comment mettre un objet en mouvement? 1-2- 3-4- Dossier : La gravitation 7
Activité n 2 : Comment réaliser une attraction réciproque entre deux objets? 1-2- 3-4- L attraction terrestre 1-2- Dossier : La gravitation 8