Chapitre N° 05 La gravitation, exercices,

Phys. N° 05

La gravitation

universelle.

Exercices 2018.

Cours

 

 

Mots clés :

Cours de physique seconde

Gravitation, interaction gravitationnelle,

principe d'inertie, Application du principe d'inertie,

Loi d'attraction gravitationnelle, poids , poids et force gravitationnelle

Satellite en orbite, corps célecte, fronde gravitationnelle, ...

 

 
 

 Exercices 2018

1)- Exercice 8 page 109 : Reconnaître une force.

2)- Exercice 9 page 109 : Étudier une force d’attraction.

3)- Exercice 14 page 110 : Différencier la masse et le poids.

4)- Exercice 16 page 110 : Connaître et appliquer le principe d’inertie.

5)- Exercice 17 page 110 : Appliquer le principe d’inertie.

6)- Exercice 20 page 111 : Le programme Galileo.

 

  1)- Exercice 8 page 109 : Reconnaître une force.

Schéma :

 

1)- Quelle force d’attraction gravitationnelle est représentée par le segment fléché du schéma ci-dessus ?

2)- Écrire l’expression littérale de la valeur de cette force en utilisant les notations du schéma.

 

 

 

1)- Force d’attraction gravitationnelle est représentée par

le segment fléché du schéma ci-dessus :

-  Le segment fléché du schéma ci-dessus représentation la force d’attraction gravitationnelle exercée par le Satellite sur la Terre :

-  Notation :

2)- Expression littérale de la valeur de cette force en utilisant les notations du schéma :

-   

 

 

2)- Exercice 9 page 109 : Étudier une force d’attraction.

Le centre de la Lune, satellite naturel de la Terre, se situe à une distance dTL = 3,8 x 105 km du centre de la Terre.

1)- Force gravitationnelle :

a)-  Donner l’expression de la valeur de la force FT/L de la force d’attraction gravitationnelle exercée par la Terre sur la Lune.

b)-  Calculer cette valeur.

2)- Représenter, sans souci d’échelle, cette force sur un schéma où apparaissent la Terre et la Lune.

Données :

-  m T : masse de la Terre : m T = 5,98 x 1024 kg.

-  m L : masse de la Lune : m L = 7,34 x 1022 kg.

-  G est appelé la constante de gravitation universelle :

-  G ≈ 6,67 x 10 – 11 m 3 . kg– 1 . s– 2 

-  G ≈ 6,67 x 10 – 11 m 2 . kg– 2 . N

 

 

1)- Force gravitationnelle :

a)-  Expression de la valeur de la force FT/L de la force d’attraction gravitationnelle exercée par la Terre sur la Lune :

-   

b)-  Valeur de la force FT/L

-   

2)- Schéma :

-  Représentation de cette force sur un schéma où apparaissent la Terre et la Lune :

 

 

 

3)- Exercice 14 page 110 : Différencier la masse et le poids.

 Lors du premier voyage habité sur la Lune en 1969, la mission Apollo 11 a rapporté des roches ayant sur la lune un poids de valeur PL égale à 34,7 N.

1)- Quelle est la masse m des roches lunaires rapportées sur Terre ?

2)- Quelle est la valeur P de leur poids sur Terre ?

3)- Comparer les valeurs des poids de ces roches sur la Lune et sur la Terre.

Données :

-  Intensité de la pesanteur sur la Terre : g = 9,81 N.kg–1

-  Intensité de la pesanteur sur la Lune : gL = 1,62 N.kg–1

 

1)- Masse m des roches lunaires rapportées sur Terre :

-  Sur la Lune :

-  PL = m . gL

-   

2)- Valeur P de leur poids sur Terre :

-  P = m . g

-  P ≈ 21,4 x 9,81

-  P ≈ 2,10 x 102 N

3)- Comparaison des valeurs des poids de ces roches sur la Lune et sur la Terre :

-   

-  Les roches sont environ 6 fois plus lourdes sur la Terre que sur la Lune.

 

 

 

4)- Exercice 16 page 110 : Connaître et appliquer le principe d’inertie.

1)- Rappeler le principe d’inertie.

2)- Les forces qui s’exercent sur un système se compensent-elles lorsque son mouvement est :

a)-  Rectiligne accéléré ?

b)-  Rectiligne uniforme ?

c)-  Circunaire uniforme ?

3)- Que peut-on dire du mouvement d’un corps soumis à des forces qui ne se compensent pas ?

 

 

1)- Le principe d’inertie :

-  Énoncé 1 :

tout corps persévère dans son état de repos ou de mouvement rectiligne uniforme si

les forces qui s’exercent sur lui se compensent.

-  Énoncé 2 :

Un corps est immobile ou en mouvement rectiligne uniforme si et seulement si l

es forces qui s’exercent sur lui se compensent (ou s’il n’est soumis à aucune force).

-  Remarque :

-  Le principe de l’inertie n’est valable que dans certains référentiels.

-  On l’applique cette année dans le référentiel terrestre,

dans le référentiel géocentrique et dans le référentiel héliocentrique.

2)- Les forces qui s’exercent sur un système se compensent-elles

lorsque son mouvement est :

a)-  Rectiligne accéléré :

-  Les forces ne se compensent pas.

b)-  Rectiligne uniforme :

-  Les forces se compensent.

c)-  Circunaire uniforme :

-  Les forces ne se compensent pas.

3)- Mouvement d’un corps soumis à des forces qui ne se compensent pas :

-  Ce corps n’est pas animé d’un mouvement rectiligne uniforme.

 

 

5)- Exercice 17 page 110 : Appliquer le principe d’inertie.

 

1)- La Terre est pratiquement en movement circulaire uniforme dans le référentiel héliocentrique.

Les forces appliquées à la Terre se compensent-elles ? 

2)- La sonde Voyager 1 a quitté le système solaire en 2013.

Elle est tellement éloignée de tout astre qu’elle n’est plus soumise à aucune action gravitationnelle.

Quel est son mouvement dans le référentiel héliocentrique ?

 

1)- Mouvement de la Terre :

-  Dans le référentiel héliocentrique, la Terre d’est pas animé d’un mouvement rectiligne uniforme.

-  D’après le principe d’inertie, la Terre est soumise à des forces qui ne se compensent pas.

2)- La sonde Voyager 1 :

-  La sonde Voyager 1 n’est plus soumise à aucune action gravitationnelle :

-  Elle n’est soumise à aucune force.

-  D’après le principe d’inertie, la sonde Voyager 1 est animée d’un mouvement rectiligne uniforme dans le référentiel héliocentrique.

 

6)- Exercice 20 page 111 : Le programme Galileo.

 

Galileo est un programme européen de radionavigation par satellite.

Ce programme prévoit de mettre 30 satellites en orbite à moyenne altitude (23222 km).

1)- Introduction :

a)-  À quelle distance dTS du centre de la Terre se situe un des satellites ?

b)-  Quelle est l’expression de la valeur FT/S de la force d’attraction gravitationnelle exercée par la Terre sur ce satellite ?

Calculer cette valeur.

2)- Principe d’inertie :

a)-  Quelle est la trajectoire du satellite dans le référentiel géocentrique ?

b)-  Les forces sur le satellite se compensent-elles ? On s’aidera du principe d’inertie.

Données :

-  m T : masse de la Terre : m T = 5,97 x 1024 kg.

-  m S : masse de la Lune : m S = 700 kg.

-  R T : masse de la Terre : R T = 6,37 x 103 km.

-  G est appelé la constante de gravitation universelle :

-  G ≈ 6,67 x 10 – 11 m 3 . kg– 1 . s– 2 

-  G ≈ 6,67 x 10 – 11 m 2 . kg– 2 . N

 

1)- Introduction :

a)-  Distance dTS du centre de la Terre à un des satellites :

-  Schéma de la situation :

 

-  Altitude : h = 23222 km et R T = 6,37 x 103 km

-  dTS = h + R T

-  dTS = 23222 + 6,37 x 103

-  dTS ≈ 2,96 x 104 km

b)-  Expression de la valeur FT/S de la force d’attraction gravitationnelle exercée par la Terre sur ce satellite :

-   

-  Valeur de cette force :

-   

-  On peut représenter cette force :

 

2)- Principe d’inertie :

a)-  Trajectoire du satellite dans le référentiel géocentrique :

-  Le satellite a une trajectoire circulaire par rapport au référentiel géocentrique.

b)-  Principe d’inertie :

-  Le satellite n’est pas animé d’un mouvement rectiligne uniforme par rapport au référentiel géocentrique.

-  D’après le principe d’inertie, il n’est pas soumis à des forces qui se compensent.