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https://www.alloprof.qc.ca/fr/eleves/bv/physique/la-force-gravitationnelle-p1019

https://www.assistancescolaire.com/eleve/3e/physique-chimie/reviser-une-notion/la-loi-de-la-gravitation-universelle-3_pc_14

 

NYA XXI - Chapitre 2.1

Les loi du mouvement de Newton

NYA XXI - Chapitre 2.2 La force gravitationnelle
NYA XXI - Chapitre 2.3a Les forces de contact
NYA XXI - Chapitre 2.3b La loi de Hooke
NYA XXI - Chapitre 2.4 La réciprocité des forces
NYA XXI - Chapitre 2.5a Les coefficients de frottement
NYA XXI - Chapitre 2.5b Le frottement en mouvement
NYA XXI - Chapitre 2.6 La dynamique des systèmes
NYA XXI - Chapitre 2.7 La dynamique du mouvement circulaire
NYA XXI - Chapitre 2.8 Le poids apparent et la gravité artificielle
NYA XXI - Chapitre 2.10 (Facultatif) Les forces exercées par les fluides
NYA XXI - Chapitre 2.X1 La dynamique différentielle

 

La force gravitationnelle

Secondaire 5

La force gravitationnelle est le phénomène de réaction physique qui cause l'attraction mutuelle entre deux corps.

En général, cette attraction se fait entre un objet et un astre comme la Terre ou la Lune. Cette force produit une accélération gravitationnelle

La Lune tourne autour de la Terre, car elle est attirée par elle.

Lorsqu'une personne saute à la corde à danser, elle retombe au sol, car la Terre exerce une attraction sur cette personne.

Attention!

Il est important de spécifier que la gravité s’exerce toujours entre deux objets. Si l’objet A attire l’objet B, alors l’objet B attire aussi l’objet A avec la même force. C’est le principe derrière la troisième loi de Newton.

Déterminer la force gravitationnelle

On utilise la formule suivante pour trouver la force gravitationnelle d'une masse.



représente la force gravitationnelle en Newtons
représente la masse du corps en kilogrammes
représente l'intensité du champ gravitationnel en Newtons par kilogramme

 

Quelle est la force gravitationnelle exercée sur une pomme de

sur la Terre et sur la Lune?

Il est important de convertir la masse en kilogrammes.


Pour calculer la force gravitationnelle sur la Terre:

Pour calculer la force gravitationnelle sur la Lune:

Chute libre et force gravitationnelle

Lorsqu'un corps est en chute libre, il se dirige vers le sol ou, plus précisément, vers le centre de la Terre. Il doit suivre cette trajectoire, car il existe une force d'attraction, la force gravitationnelle, qui amène le corps à se rapprocher du centre de l'autre objet qui l'attire. En absence de résistance de l'air, la chute libre se fera avec une accélération équivalente à l'accélération gravitationnelle terrestre, soit

.

Poids et force gravitationnelle

Le poids d'un objet est la mesure de la force gravitationnelle exercée par la Terre sur un objet.

La force gravitationnelle exercée par un objet est donc égale au poids de cet objet. Ainsi, deux objets ayant une masse identique auront nécessairement le même poids s'ils sont tous deux situés dans un même endroit. Toutefois, si un de ces objets était laissé sur Terre alors que l'autre était amené sur la Lune, le poids varierait, car la force gravitationnelle ne serait plus la même. Toutefois, la masse ne changerait pas, car, par définition, la masse représente la quantité de matière qui constitue un objet.

Quelle est la force gravitationnelle avec laquelle la Terre attire un objet de

? Quelle est la masse et quel est le poids de cet objet sur la Lune?

Pour déterminer la force gravitationnelle sur la Terre:

 

La masse de l'objet sur la Lune ne changera pas. Peu importe où cet objet est situé, la quantité de matière sera la même. La masse sur la Lune est donc

.

Pour déterminer la force gravitationnelle sur la Lune:

 

La loi de la gravitation universelle

La loi de la gravitation universelle est une équation qui permet de calculer la force gravitationnelle (

) avec laquelle deux corps s’attirent l’un vers l’autre.



représente la force d'attraction entre les corps
représente la constante de la gravitation universelle
représente la masse du premier objet
représente la masse du deuxième objet
représente la distance séparant les deux objets

 

La planète Terre a une masse d’environ

et tourne à une distance moyenne de  du Soleil dont la masse est d’environ . Quelle est la force qui permet à la Terre de continuer sa révolution autour du Soleil?

 

Un rocher de

se trouve à la surface de la Lune dont la masse est de .  Si la Lune a un rayon d’environ , quelle force permet à la roche de demeurer sur la surface de la Lune ?

La difficulté dans ce problème est d’évaluer la distance qui sépare le rocher de la Lune.  Il est faux de croire que la distance est nulle, puisqu’il faut utiliser le centre d’une masse (ou le centre de la Lune dans notre cas) comme point de référence pour évaluer les distances.  La distance qui sépare cet objet du centre de la Lune sera donc le rayon lunaire.

 

Composante de la force gravitationnelle parallèle au déplacement

Lorsqu'un objet se trouve sur un plan incliné, une partie de la force gravitationnelle se retrouve parallèlement au déplacement d'un objet. Cette force est parfois appelée force de plan ou force en x. Pour trouver cette force, on doit utiliser les formules trigonométriques dans un triangle rectangle.

Quelle est la force gravitationnelle parallèle au déplacement d'une masse de

?

Force gravitationnelle

La force gravitationnelle est toujours orientée vers le centre de la Terre (vers le sol). Elle est perpendiculaire à la surface du sol.

La force normale est une force perpendiculaire à la pente dans le plan. Si l'on prolonge la normale vers le bas, l'angle formé entre celle-ci et la force gravitationnelle est le même que l'angle de la pente.

Force gravitationnelle

La force gravitationnelle parallèle au déplacement sera la force opposée à l'angle.

Force gravitationnelle

En utilisant les rapports trigonométriques, il est possible de déterminer la valeur de la force parallèle au déplacement.
 

Les lois de Newton

​Isaac Newton (1643-1727) est un physicien britannique reconnu pour avoir établi les trois lois universelles du mouvement en 1688. Ces trois lois, dites lois de Newton, ont permis d'élaborer la base de la mécanique classique.

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​​La première loi de Newton décrit le principe d'inertie, soit le principe selon lequel un corps conserve son état de mouvement à la condition qu'aucune force extérieure n'agisse sur lui. L'application d'une force modifiera son état de mouvement et lui fera subir une accélération vectorielle (changement de vitesse et/ou d'orientation). 

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La deuxième loi de Newton décrit ce qui se passe lorsqu'une force est exercée sur un objet. De plus, elle présente une formule mathématique permettant de calculer l'intensité de cette force.

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La troisième loi de Newton mentionne que si une force est appliquée sur un objet, il existe une force de même grandeur et de même direction mais de sens opposé à la première force.

Dans les fiches suivantes, chacune des lois sera expliquée en détail:

Exercice