3° > Chap MI5 : Les conséquences de la gravitation universelle – Le poids sur Terre

Sur une nouvelle feuille, créez un chapitre M.I.5 intitulé « Les conséquences de la gravitation universelle – Le poids sur Terre » puis faire l’activité 1.

Vous pouvez si vous le souhaiter imprimer le dessin de l’activité 2 pour vous faciliter le travail en classe.

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Activité à rechercher avant de venir en cours

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Activité 1 : Calculs avec la formule de la gravitation universelle.

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Comme indiqué précédemment, vous pouvez si vous le souhaiter imprimer le dessin de l’activité 2 pour vous faciliter le travail en classe.

Au chapitre précédent, nous avons déterminé la valeur de la constante de gravitation universelle : G = 6,67 × 10-11 dans le système international d’unités. Calculez l’intensité de la force de gravitation en utilisant la Loi universelle de la gravitation :

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Pour tous les exercices, vous détaillerez le calcul en 3 étapes comme indiqué dans l’exemple du 1° ci-dessous.

Voici 2 personnages, Marc et Sophie, qui travaillent dans un laboratoire.

On donne la masse de Marc : m1 = 80 kg et la masse de Sophie : m2 = 55 kg

1° Calculez l’intensité de la force de gravitation que Marc exerce sur Sophie.

Données : Distance entre Marc et Sophie : d(Marc-Sophie) = 1 m. Masse de Marc : m1 = 80 kg et masse de Sophie : m2 = 55 kg (illustration en page 5 du module).

Modèle de solution déjà rédigé (en 3 étapes) :

  • Par définition de la force gravitationnelle : F = G × m1 × m2 / (dMarc-Sophie)2
  •  Application numérique : F = 6,67 × 10-11 × 80 × 55 / 12 = 2,9348 × 10-7
  • Phrase réponse : La force vaut F = 2,93 × 10-7 N (résultat en notation scientifique à 3 chiffres arrondie)

2° Calculez l’intensité de la force de gravitation que la Terre exerce sur Sophie.

Rédiger la solution en respectant le modèle de solution proposé dans le 1°

Données : Rayon de la Terre : d(Terre-Sophie) = 6370 km. (Attention à toujours convertir en mètre). On considère que Sophie est à cette distance d du centre de la Terre. Masse de la Terre : mT = 5,92 x 1024 kg et masse de Sophie : m2 = 55 kg. (si nécessaire voir l’illustration en page 6 du module).

3° Calculez l’intensité de la force de gravitation que la Lune exerce sur Sophie

Rédiger la solution en respectant le modèle de solution proposé dans le 1°

Données : Distance Terre-Lune : d(Terre-Lune) = 384 000 km. (Attention à la conversion). On considère que Sophie est à cette distance d du centre de la Lune. Masse de la Lune : mL = 7,35×1022 kg et masse de Sophie : m2 = 55 kg (si nécessaire voir l’illustration en page 7 du module).

4° Calculez l’intensité de la force de gravitation que le Soleil exerce sur Sophie.

Rédiger la solution en respectant le modèle de solution proposé dans le 1°

Données : Distance Terre-Soleil : d(Terre-Soleil) = 1,50 x 1011 m. On considère que Sophie est à cette distance d du centre du Soleil. Masse du soleil : mS = 2,0 x 1030 kg et masse de Sophie : m2 = 55 kg (si nécessaire voir l’illustration en page 8 du module).

Si nécessaire, vous pourrez vérifier vos résultats en utilisant le module ci-dessous

Pour accéder au module « S’ENTRAÎNER : Exploiter l’expression littérale de la loi de gravitation universelle », cliquez sur le lien https://edu.tactileo.fr/GO et utiliser le code ci-dessous :

Pour tous les groupe-classe, utiliser le code 4CXX

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 Autres activités qui seront faites durant le cours

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Activité 2Le poids ou la force de gravitation universelle ?

Les objets en orbite ou à la surface de la Terre sont soumis à l’attraction universelle qui est exercée par la Terre. Dans le langage courant, sur Terre, Cette attraction s’appelle « le Poids ». On parle alors de « Pesanteur Terrestre »

Vocabulaire : En cas d’absence de pesanteur on parlera d’apesanteur ou d’impesanteur.

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Question 1 – Associer :

Recopiez et complétez le tableau suivant en ajoutant des double-flèches pour associer les grandeurs qui se correspondent :

SatellitePoidsGravité
CamionGravitation universellePesanteur

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Question 2 – Utiliser le vocabulaire :

Recopiez et complétez la phrase suivante avec le vocabulaire proposé ci-après :

« L’attraction gravitationnelle ………………. s’exerce entre tous les objets qui possède une masse. Dans notre vie ……………………., on appelle « Poids » l’attraction gravitationnelle qui s’exerce entre …………… et ………………. »

Vocabulaire proposé : la Terre, universelle, quotidienne, un objet.

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Question 3 – Dessiner :

Si vous ne l’avez pas déjà imprimé, reproduisez dans votre cours le schéma ci-dessus et dessiner sur ce schéma :

  • Un segment fléché qui représentera le poids du camion (sans soucis d’échelle). (Aide : Voir Chap MI3 : Activité 6)
  • Un autre segment fléché qui représentera l’attraction gravitationnelle subie par le satellite (sans soucis d’échelle).
  • Ajouter les noms de forces en légende sur ces segments fléchés.

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Activité 3 : La satellisation

Visionner la vidéo suivante pour comprendre pourquoi un satellite ne tombe pas.

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Recopiez et associer chaque schéma de lancer avec le titre correspondant :

  • Titre 1 : Lancer à vitesse de satellisation
  • Titre 2 : Lancer à vitesse lente
  • Titre 3 : Lancer à vitesse rapide
  • Titre 4 : Lancer à vitesse ultra rapide

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Activité 4 : La trajectoire de la Lune et des satellites.

Utiliser l’animation suivante pour effectuer les réglages demandés.

Commencer par choisir la partie « Modèle »

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1° Sur cette animation, vous pourrez observer un satellite en orbite. Choisir le satellite dans le volet à droite :

En combien de temps effectue-il son tour de la Terre (le temps est indiqué en min) ?

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2° Toujours dans la partie « modèle », observez la  trajectoire de la Terre et de la Lune autour du Soleil. choisir le système à 3 astres dans le volet de droite :

En combien de temps s’effectue une révolution complète autour du soleil ? Pendant cette période, sur cette animation, combien de fois la Lune fait-elle le tour de la Terre ?

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3° Vous pouvez aussi augmenter la masse du Soleil. Choisir la valeur maxi :

Qu’arrive-t-il à la planète dans ce cas ? au bout de combien de temps ?

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4° Comportement de la planète quand on enlève la force de gravitation

Vous pourrez  supprimer la gravitation universelle en cochant la case « gravité inactive ».

a) Quel est le comportement de la planète à partir du moment où la gravité est interrompue ? (vocabulaire attendu : trajectoire = … , caractéristiques du mouvement = …).

b) Sur un même schéma, reproduire l’allure de la trajectoire un peu avant et un peu après ce moment critique (utiliser une règle).

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Activité 5 : La naissance du système solaire

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Questions :

1° Quel est environ l’age de notre système solaire ?

2° Quel rôle a joué la gravité pour former les planètes ?

3° Quelles sont les 4 planètes telluriques ?

4° La gravité a-t-elle aussi une action sur les gaz ?

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Activité 6 Je révise pour le Brevet : Savoir calculer

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Utiliser la formule de la force de gravitation F = G × m1× m2 / d² pour calculer l’intensité F de la force d’attraction qui existe entre la Terre et la Lune.

On donne Masse de la Terre : mTerre = 5,92 x1024 kg et Masse de la Lune : mL = 7,36 x1022 kg ; distance (Terre-Lune) = 384400 km (à convertir en m). On a toujours G = 6,67 ×10-11 (unités SI)

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Activité 7 : Jouer avec la gravitation

Utiliser FIREFOX le navigateur de Mozilla !

Cliquez sur l’image suivante pour accéder à l’animation

Choisir les paramètre pour réussir à faire apparaître la trajectoire de la Lune comme sur l’image ci-dessous (Preset = Soleil ; Planète et Lune).

En explorant plus loin les menus de l’animation de l’animation, vous aurez accès à d’autres types de systèmes solaires comme par exemple un système à 4 étoiles (Préset : « Four star ballet »). Attention ce système qui semble stable ne l’est pas très longtemps.

Combien de temps met-il à s’autodétruire ? : …

Et d’autres exemples. Bonne exploration

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 Bilan

Cliquez sur le lien suivant pour accéder à la CARTE MENTALE de ce chapitre

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 Corrigés

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