La gravitation universelle

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Traduction

La gravitation universelle (Français) / universal gravitation (Anglais) / الجاذبية الشاملة (Arabe)

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Traductions

Définition

Domaine, Discipline, Thématique

Mécanique / Astronomie / Géologie / Electromagnétisme / ....... / ....... / ....... / ....... / ....... / .......

Définition écrite

• Document 1 : Extrait d’un ouvrage de Newton

Un projectile ne retomberait point vers la Terre, s’il n’était point animé par la force de gravité, mais il s’en irait en ligne droite dans les cieux avec un mouvement uniforme, si la résistance de l’air était nulle. C’est donc par sa gravité qu’il est retiré de la ligne droite, et qu’il infléchit sans cesse vers la Terre. […] Or par la même raison qu’un projectile pourrait tourner autour de la Terre par la force de la gravité, il peut se faire que la Lune par la force de sa gravité qui la porte vers la Terre soit détournée à tout moment de la ligne droite pour s’approcher de la Terre, et qu’elle soit contrainte à circuler dans une courbe ; sans une telle force la Lune ne pourrait être tenue sur son orbite.[…] L’action qui retient la Lune dans son orbite est dirigée vers la Terre. Sa valeur est inversement proportionnelle au carré de la distance entre le centre de la lune et le centre de la Terre. […] Elle est proportionnelle à la quantité de matière [la masse] que chaque corps contient. Isaac Newton (1642-1727) Principes mathématiques de la philosophie naturelle

• - La force d’attraction gravitationnelle qui s’exerce entre deux corps de masses ponctuelles est proportionnelle à leurs masses et inversement proportionnelles au carré de la distance qui les sépare ; ceci s’applique encore pour deux corps sphériques dont les masses sont régulièrement réparties autour de leurs centres.
• - 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.

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Force physique que la Terre exerce sur tous les corps en leur centre. Force responsable de la chute des corps et du mouvement des corps célestes.

La gravitation universelle - Historique (+)

Définition graphique

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Concepts ou notions associés

Force : grandeur vectorielle ; l’unité est le Newton (N) / Constante gravitationnelle G = 6,67.10-37 N.m2.kg-2 / Vitesse en m.s-1 / Référentiel / Mot-Clé 5

Exemples, applications, utilisations

Un astronaute est attiré par la Terre lorsqu’il se trouve sur Terre ; le même astronaute est attiré par la Lune lorsqu’il se trouve sur la Lune. Expérience virtuelle décrite par Newton : On prend quatre pierres identiques que l'on lance de la même hauteur selon les trajectoires 1, 2, 3, 4 et 5. Dans cet exercice, on se placera dans le référentiel géocentrique et l'on négligera les effets de l'atmosphère de la Terre. a. Dans quelle direction a-t-on lancé la pierre pour obtenir la trajectoire 1 ? Quel a été le mouvement de cette pierre ? b. Qu'a-t-on dû modifier entre les lancés des trajectoires 2, 3, 4 et 5 ? c. Qu'arrive-t-il à la pierre sur la trajectoire 5 ? d. Quelles sont les trajectoires qui représentent la chute d'une pierre vers la Terre ? e. Quelle est la trajectoire qui est de la même nature que celle de la Lune ? Que peut-on en conclure sur la Lune ? (+)

Erreurs ou confusions éventuelles

• Confusion entre Poids et Masse
• Confusion entre Force et Objet
• Erreur fréquente: La nature du mouvement observé d’un objet dépend du référentiel choisi.

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Questions possibles

• Qui a dit que la Lune ne tombe pas sur la Terre ? Au contraire, elle tombe dessus sans arrêt, mais la rate toujours… » I. Newton ?
• Sur Terre, quel phénomène naturel est provoqué par la force de gravité de la Lune?
• Pourquoi est-ce que la vitesse de la Lune (et des planètes) ne ralentit jamais?

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Liaisons enseignements et programmes

Education: Liens, sites et portails

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Idées ou Difficultés liées à son enseignement

• La Lune tourne autour de la Terre, la Terre tourne autour du Soleil et plus généralement, toutes les planètes du système solaire tournent autour du Soleil. Tous ces mouvements sont régis par la gravitation universelle.

La gravitation universelle est une interaction attractive qui existe entre tous les corps de l'Univers.

• Les situations réelles, où l’on peut mettre en évidence l’interaction gravitationnelle, est le système solaire. Ce n’est pas facile de faire admettre à l’élève que c’est l’interaction gravitationnelle qui fait tourner la Terre autour du Soleil et la Lune autour de la Terre…

Aides et astuces

• On peut lâcher une gomme sans vitesse initiale, et voir qu’elle tombe selon la verticale vers le sol ; les élèves réagissent sans difficulté pour affirmer que c’est l’action exercée par la Terre sur cet objet qui la fait chuter suivant la verticale ! Mais une question embarrassante vient chatouiller l’esprit des élèves : et la force exercée par la gomme sur la Terre, ne vient-elle pas faire chuter la Terre sur la gomme. Il est bien beau d’invoquer l’effet de la masse des deux corps (gomme et Terre) qui fait la différence à propos du mouvement de chute de la gomme sur le sol et non le contraire…