La gravité entre la Terre et la Lune

Il était une fois, un homme du nom d’Isaac Newton se
promenant dans un verger. Alors qu’il se reposait à
l’ombre sous un pommier, il reçut une pomme sur la
tête. Une question lui vint donc à l’esprit! Mais
pourquoi cette pomme est-elle tombée de cet arbre,
tandis que la Lune, elle, ne tombe pas sur ma tête?
Qu’est-ce que la gravitation ?
En physique, quatre forces fondamentales sont responsables de plusieurs phénomènes
physiques observés dans l'Univers. Ces forces sont l'interaction nucléaire forte,
l'interaction nucléaire faible, l'interaction électromagnétique et la gravitation. Pour
aujourd’hui, c’est la gravitation qui nous intéresse! Ne vous méprenez pas! Il y a une
différence entre la gravité et la gravitation. La gravitation cause l'attraction de deux
corps entre eux sous l'effet de leur masse. La gravité, quant à elle, est en fait la
manifestation de la gravitation lorsqu’on peut en constater les effets à l’œil nu. Elle est
d’ailleurs responsable de l'attraction terrestre qui nous tient au sol et de certains
phénomènes naturels tels que : les marées et l’orbite des planètes autour du soleil.
La gravité entre la Terre et la Lune
La Terre et la Lune représentent deux corps. Ces deux corps,
s'attirant sous l'effet de leur masse, forment le système
Terre-Lune. La masse de la terre est 81 fois plus grosse que
celle de la lune, c'est pourquoi le centre de gravité de ce
système est 81 fois plus près de la Terre que de la Lune. Pour être plus précis, il se situe
à 1710 km sous la surface de la Terre. Ce qui explique le fait que ce système double ait
un
une orbite elliptique (cercle étiré) autour du soleil.
sole Vue la
distance qui sépare la Terre du Soleil, ce mouvement en
ell
ellipse est moins perceptible, si on l'observe sur une carte du
système solaire, comparément à des planètes plus éloignées
du Soleil.
Les marées
Aussi surprenant que cela p
puisse
sse paraitre, la gravitation à même un
effet sur les marées
marées.. Les océans sur le côté de la Terre qui font face à
la Lune sont attirés par la gravité de celle-ci,
ci, provoquant ainsi les
l
marées hautes. En même temps, des autres côtés de la Terre la marée est basse, car la
gravité y a beaucoup moins d'effet
d'effets et les eauxx se retirent vers les autres extrémités.
extrémités Il y
a un à deux cycles de marées par jour, cela s'explique par le fait que la Lune tourne
constamment autour de la Terre et que la Terre
tourne constamment sur elle
elle-même, ces
mouvements sont eux aussi causé par la gravité.
Quand lee Soleil et la Lune sont aligné
alignés, leurs forces
gravitationnelles
onnelles s'additionnent et créent des
grandes marées.
Les astres autour du Soleil
La Terre ainsi que sept autres planètes
planètes, plusieurs
astéroïdes et comètes gravitent autour du Soleil.. Pourquoi le
Soleil? Simple
Simplement parce qu’il s’agit du plus gros astre du système
solaire et que plus la masse est élevé, plus la force gravitationnelle
est élevée
élevée. Et oui, le Soleil représente à lui seul 99,86 % de la
masse du ssystème solaire.
La gravitation… mais qui a pensé à ça ?
Pour Aristote, un corps se doit de rejoindre le centre de la Terre : son lieu naturel. Sa
théorie ne s’applique qu’aux corps faisant parties du monde «sublunaire», qui
signifie la Terre, elle ne s’applique pas aux corps célestes faisant parties du
monde «supralunaire», qui signifie le ciel. Plus tard, nous comprendrons que
ces deux mondes obéissaient à la Loi de gravitation universelle.
Aristote
Né en 384 av. J.-C, Aristote était un philosophe grec reconnu, il fut d'ailleurs
l’élève de Platon. Il étudia la biologie, la physique, la métaphysique, la logique, la
politique, le rhétorique et surtout l'économie. Galilée et Newton, ont tous deux remis en
question les théories qu'il avait avancé sur l'astronomie et ils avaient raison, mais c'est
tout de même en se basant sur ses travaux qu'ils purent avancer les leurs. Plus de deux
millénaires après sa mort (322 av. J.-C.), ses pensées sont encore étudiées et elles
continuent à influencer certains mouvements de pensés.
La Tour de Pise
La gravitation... mais qui a élaboré ça ?
Tout commence avec Galilée. Ne s'attardant pas au
problème de la chute dans le vide d'objets de masses
différentes, il consacre toute son attention sur la chute
de corps sur terre. Il a d'ailleurs fait des expériences du
haut de la tour de Pise d'où il a simultanément laissé
tomber deux balles. Une étant creuse et l’autre non,
mais les deux avaient la même forme et une masse
différente. Les résultats ont démontrés que les deux
corps avaient le même temps de chute. C'est grâce à
Symbole important de l’Italie, sa
construction commença en 1173.
Son inclinaison varia au fil des ans,
mais aujourd’hui elle est de 3,99°
vers le sud. Sa hauteur est de
55,86m mais, tout dépend d’où
vous la regarder. De 1990 à 2001 la
tour était fermée au public et en
1993 d’importants travaux ont été
faits dû à un risque d’écroulement.
Les soixante années précédentes,
plus de 31 millions de personnes
ont visités la célèbre Tour de Pise.
Galileo Galilei
Né à Pise en 1564, il fut le plus
cette expérience qu'il fût le premier à découvrir et
comprendre que la résistance de l'air est la seule
raison des différences de vitesse entre deux corps.
C'est en se basant sur ces principes, qu' il déduisit
que la vitesse est proportionnelle au temps écoulé
depuis le début de la chute.
grand savant de son époque. Il
étudia entre autre les théories
mathématiques d'Archimède pour résoudre
certains problèmes de physique. Grâce à ses
fameuses découvertes astronomiques, il
Ainsi : vitesse = constante x temps écoulé
La constante représente la gravité. Celle-ci
s'attira la colère de l'Église. Il fut contraint de
nier ses découvertes pour échapper au
−2
ayant une valeur de 9,81 m·s sur Terre.
bûcher. Il décéda en prison en 1642.
La résistance de l’air lors de la chute d’un corps
La différence entre la chute d’un corps et la chute dans le vide (ou la chute
libre) est la résistance de l’air. Cette même résistance que Galilée avait pu
constater lors de son expérience du haut de la tour de Pise en 1602.
Lorsqu’un corps subit la résistance de l’air, il tombe plus lentement que
s’il était en chute dans le vide. Plusieurs facteurs influencent la résistance
de l’air tels que : la masse, la forme, la texture et la taille du corps.
3e loi de Kepler
La gravitation… mais qui a perfectionné ça?
C'est en se basant sur les écrits de Aristote, Galilée, Kepler
(3eloi de Kepler) et des autres scientifiques avant lui, que
Newton créa la Loi de la gravitation universelle qui est
toujours en règle aujourd'hui. Son but était d’unifier toutes
les lois connues sur la gravitation terrestre et le mouvement
des planètes.
Johannes Kepler a découvert que le
mouvement des planètes est unifié
en une seule loi universelle : la 3e
Loi de Kepler, dite la Loi des
périodes. Ses travaux démontrent
qu'il existe un facteur constant
entre la force exercée et la masse
de la planète en question. Ce
facteur est la constante
gravitationnelle. La Loi des
périodes permet de calculer la
trajectoire d'une quelconque
planète à partir de très peu de
données.
Isaac Newton
Philosophe, mathématicien, physicien, alchimiste
chimiste, astronome et théologien, on
peut dire que Isaac Newton a eu un parcours digne de mention. Né le 25 décembre
1642 dans la petite ville de Grantham en Angleterre, Newton avait un futur ressemblant beaucoup plus à celui
d'un paysan qu'à celui
ui d'homme de sciences. Sa mère, remarquant que son fils avait des habiletés mécaniques,
l'envoya à l'école et c'est à l'âge de 18 ans qu'il entra au Trinity collège de Cambridge où il y resta 7 ans. C'est
grâce aux apprentissages qu'il y fit, qu'il a pu faire les découvertes que nous lui attribuons aujourd’hui. Telles les
trois lois universelles du mouvement,, la décomposition de la lumière, etc. Lors de sa mort, en avril 1727, il eut
droit à des funérailles nationales pour remercier son travail.
La Loi
oi de la gravitation universelle
où
et
représentent la masse en kilogramme (kg),
d représente la distance en mètre (m), à partir du centre de chacun des corps
et
représentent les force d’attraction en newton (N),
G représente la constante gravitationnelle
Cette loi décrit la gravitation comme une force qui est responsable de la chute des
corps, du mouvement des planètes autour du Soleil, ainsi que de l'attraction des corps
entre eux dépendamment leur masse
masse.
Par exemple, deux corps ayant la même masse (
et
) s'attirent avec des forces
de mêmes valeurs, mais de sens différents. Ces forces sont proportionnelles à leur
masse, donc plus la masse est éélevée, plus la force est grande. Mais, plus la distance
entre ces deux corps est élevé
élevée,, moins la force est grande. Cette force passe par le
centre de gravité des deux corps.
La force exercée sur le corps
par le corps
est donnée par cette loi :
.
Pour être encore plus clair
clair:
Voici une vidéo qui illustre bien le phénomène de la gravité appliqué sur la Lune :
https://www.youtube.com/watch?v=vb2GDgTGa3g
Et voilà pourquoi le marteau et la plume tombent en même temps :
https://www.youtube.com/watch?v=4FvPlz
https://www.youtube.com/watch?v=4FvPlz-FzYI
En conclusion
Chers physiciens, puisque vous êtes maintenant des experts en la m
matière! Après
quelques notions d’histoire, c’est un fait : la gravitation influence tout autour de nous. Il
en va de l’eau qui nous entoure jusqu'
jusqu'à la force qui nous aide à garder les deux pieds sur
terre.
Par Alex Arcand et Laurie
Duchaine-Gignac
Gignac
Bibliographie
Le principe fondamental de la dynamique: force et mouvement, par
Gallimard.
L'énergie et la matière (encyclopédie des jeunes), par Larousse.
Médiagraphie
http://fr.wikipedia.org/wiki/Gravitation
http://fr.wikipedia.org/wiki/Interaction_%C3%A9l%C3%A9mentaire
http://fr.wikipedia.org/wiki/Loi_universelle_de_la_gravitation
http://fr.wikipedia.org/wiki/Soleil
http://serge.bertorello.free.fr/astrophy/mouvements/mvmts11.html
http://fr.wikipedia.org/wiki/Tour_de_Pise
http://www.ac-nice.fr/clea/lunap/html/Gravitation/GravitApprof.html
http://fr.wikipedia.org/wiki/Histoire_de_la_gravitation
https://www.youtube.com/watch?v=4FvPlz-FzYI
https://www.youtube.com/watch?v=vb2GDgTGa3g
http://fr.wikipedia.org/wiki/Mar%C3%A9e
http://fr.wikipedia.org/wiki/Chute_avec_r%C3%A9sistance_de_l%27air
http://matheux.ovh.org/ARC/4G1LoisDeNewton.pdf
https://www.k12.gov.sk.ca/docs/francais/fransk/physique/u5bc.html
http://fr.wikipedia.org/wiki/Aristote