Les objets dans l`espace

Les objets dans l’espace
■ Le véhicule de transfert automatique (ATV) sous la coiffe
d’Ariane 5
© Esa/Ducros David, 2005
Question : La photo présente la fusée Ariane 5 qui expulse sa coiffe pour
libérer l’ATV. Que deviennent ces éléments expulsés ?
Réponse : Ces éléments ne restent pas dans l’espace, mais retombent
sur Terre.
Question : Pourquoi ces débris ne risquent-ils pas de nous tomber sur la
tête ?
Réponse : Ces débris seront désintégrés en pénétrant dans l’atmosphère
terrestre.
Question : L’ATV et l’ISS à laquelle il s’arrime ont une durée de vie
limitée. Que deviendront-ils une fois inutilisables ?
Réponse : À la différence de la coiffe expulsée, les satellites, l’ATV ou
l’ISS ne retombent pas sur Terre et resteront placés en orbite autour de
celle-ci sans être détruits.
Question : Quelles sont les conséquences de la présence de ces objets
autour de notre planète ?
Réponse : Ces objets devenus inutilisables polluent l’espace en
encombrant la banlieue terrestre. De ce fait, ils peuvent également entrer
en collision avec des appareils récents en fonctionnement, donc être à
l’origine de dégâts matériels.
Question : Proposez des idées pour remédier à ce problème de déchets
spatiaux en vous inspirant de démarches citoyennes qui existent à votre
échelle.
Réponse :
• Récupération, tri puis recyclage de ces matériaux non biodégradables.
• Construction de matériaux spatiaux biodégradables.
Cette solution serait la plus réaliste économiquement et matériellement.
Physique-chimie
■
Arrêt sur notion : La chute des corps sur Terre
Dans les programmes
Notion
niveau
3
e
« Mouvement et forces » et spécifiquement
les parties « Comment peut-on décrire le
mouvement d’un objet ? »
Chute d’un objet sur Terre,
représentation des forces
appliquées par des vecteurs.
Question (a) : On s’intéressera à un seul morceau de la coiffe d’Ariane 5 et
on supposera pour simplifier que l’atmosphère de la Terre ne perturbe pas
son mouvement.
À quelle force le morceau de la coiffe est-il soumis lors de sa chute ?
Représentez cette force de manière adéquate.
r
F
Réponse (a) : L’objet n’est soumis qu’à la
force d’attraction que la Terre exerce sur lui.
r
On représente cette force par un vecteur F
dont le point d’application est le centre de
gravité de l’objet. Ce vecteur est dirigé vers
le centre de la Terre.
Question (b) : À quel savant doit-on la théorie au sujet de cette force ?
Réponse (b) : C’est au savant anglais Isaac Newton (1642-1727) que l’on
doit la théorie de la gravitation universelle qui émet l’hypothèse que tous les
corps sont attirés par la Terre.
Physique-chimie
■
Arrêt sur notion : Les frottements de l’air dans l’atmosphère
Dans les programmes
Notion
niveau
4
e
« De l’air qui nous entoure à la molécule »
et spécifiquement les parties « Composition
de l’air » et « Une description moléculaire
pour comprendre ».
Description moléculaire de
l’air pour comprendre les
frottements de l’air.
Question (a) : Pourquoi dit-on que les débris qui pénètrent dans
l’atmosphère une fois éjectés sont « consumés » ou « brûlés » ?
Réponse (a) : C’est la rencontre à très grande vitesse avec l’air de
l’atmosphère qui échauffe les matériaux constituant la coiffe puis les
consument complètement. On dit que l’air exerce des forces de frottements
sur l’objet.
Question (b) : Proposez une expérience simple qui permette de se rendre
compte que des frottements (pas nécessairement de l’air) provoquent une
élévation de la température.
Expérience et réponse (b) : Les conséquences des frottements se
visualisent facilement lorsqu’on met en contact à grande vitesse deux objets
solides : par exemple, une paume de main qui passe très rapidement sur le
dessus d’un jean…
Question (c) : Les frottements sont donc responsables de l’échauffement
du matériau. Mais qu’est-ce qui frotte exactement le matériau ?
Réponse (c) : C’est bien l’air qui frotte le matériau ! Au niveau
microscopique, le matériau s’échauffe au contact rapide avec les molécules
d’air (comme la main s’échauffe au contact rapide avec le jean). Plus
précisément, ce sont des milliards de milliards de molécules de diazote
(78 %) et de molécules de dioxygène (21 %) qui frottent le matériau
constituant la coiffe en train de retomber sur Terre.
Physique-chimie
■
Arrêt sur notion : Mouvements de l’ATV autour de la Terre
Dans les programmes
Notion
niveau
3
e
« Mouvement et forces » et spécifiquement
la partie « Comment peut-on décrire le
mouvement d’un objet ? ».
Mouvements orbitaux des
satellites autour de la Terre.
Question (a) : Décrivez précisément le mouvement de la station spatiale
internationale, ISS, autour de la Terre.
Réponse (a) : En simplifiant, on peut dire qu’il s’agit d’un mouvement
circulaire uniforme, c’est-à-dire que la trajectoire de l’ISS est un cercle
centré sur la Terre et que la station spatiale garde toujours la même vitesse
sur son orbite par rapport à la Terre.
Question (b) : Montrez que les deux indications données dans le Portfolio
au sujet de la vitesse de l’ISS ne sont pas contradictoires : « elle tourne
autour de la Terre à une vitesse de 28 000 km/h » et « la station tourne
autour de la Terre à une vitesse d’environ 8 km/s ».
Réponse (b) : 28 000 km/h est bien équivalent à 28 000/3 600 = 7,777 km/s
soit environ 8 km/s (puisqu’il y a 3 600 secondes dans une heure).
Question (c) : Déterminez la période* de rotation notée T de l’ISS autour
de la Terre à partir de la vitesse v de 28 000 km/h et de l’altitude h de
400 km. Données : rayon de la Terre : RT = 6 400 km.
*durée minimale au bout de laquelle un objet retrouve une position identique.
Réponse (c) : v = d/T où d est la distance parcourue pendant la rotation.
d = 2πR puisqu’il s’agit de la circonférence de l’orbite circulaire de l’ISS.
Attention le rayon de l’orbite vaut R = RRT + h = 6 800 km donc d = 2π.6 800 =
42 725 km. La période vaut T = d/v = 42 725/28 000 ≈ 1,52 h soit 1 h 30
environ.