Physique-Chimie — Seconde

Gravitation universelle et interactions — Seconde Physique

Loi de gravitation de Newton, attraction universelle, poids et différence avec la masse.

Par ProfBot

Gravitation universelle — Seconde Physique

🎯 Objectif : Comprendre la loi de gravitation et ses applications (poids, orbites, marées).


1. L'interaction gravitationnelle

Tout objet possédant une masse attire tout autre objet massif.

Cette force :


2. Loi de gravitation universelle (Newton)


F = G × m₁ × m₂ / d²

F  : force d'attraction gravitationnelle (N)
G  : constante de gravitation = 6,67 × 10⁻¹¹ N·m²/kg²
m₁, m₂ : masses des deux objets (kg)
d  : distance entre les centres de masse (m)

Caractéristiques de la force :

⚠️ Ces deux forces forment une paire d'interaction : elles sont égales en norme, opposées en sens (3ème loi de Newton).


3. Le poids comme cas particulier

Le poids d'un objet est la force gravitationnelle exercée par la Terre sur cet objet :


P = G × M_Terre × m / R_Terre²

On pose : g = G × M_Terre / R_Terre²

Donc : P = m × g

Sur Terre : g ≈ 9,8 N/kg (≈ 10 N/kg)

g varie selon : l'altitude (diminue), la latitude (légèrement), la planète.

Corpsg (N/kg)
Terre9,8
Lune1,62
Mars3,7
Jupiter24,8

4. Masse et poids : différence fondamentale

MassePoids
SymbolemP
UnitékgN
Varie avec le lieu ?NonOui
DéfinitionQuantité de matièreForce gravitationnelle

Un astronaute de 80 kg sur la Lune :


P_Lune = 80 × 1,62 = 130 N  (contre 800 N sur Terre)
Sa masse reste 80 kg partout.

5. Mouvements orbitaux

Un satellite en orbite circulaire est en chute libre permanente : la force gravitationnelle le maintient en orbite (fournit la force centripète).

Application : la Lune tourne autour de la Terre à ~384 000 km parce que la force gravitationnelle assure la courbure de sa trajectoire.

Vitesse orbitale : pour une orbite circulaire à distance d du centre :


v = √(G × M / d)

6. Les marées

Les marées sont causées par l'attraction différentielle de la Lune (et du Soleil) sur les différentes parties de la Terre : le côté plus proche est plus attiré que le côté éloigné → déformation de l'océan.


7. Exemple numérique

Calculer la force gravitationnelle entre la Terre et la Lune.


m_Terre = 5,97 × 10²⁴ kg
m_Lune  = 7,35 × 10²² kg
d = 3,84 × 10⁸ m
G = 6,67 × 10⁻¹¹ N·m²/kg²

F = 6,67×10⁻¹¹ × 5,97×10²⁴ × 7,35×10²² / (3,84×10⁸)²
F ≈ 2,0 × 10²⁰ N

📝 Exercices

  1. Un objet pèse 490 N sur Terre. Calculer sa masse (g = 9,8 N/kg).
  2. Calculer le poids de cet objet sur la Lune (g_Lune = 1,62 N/kg).
  3. Calculer la force gravitationnelle entre deux sphères de 10 kg séparées de 1 m.
  4. À quelle altitude le poids est-il réduit de moitié ? (Exprimer en termes de R_Terre)

✅ À retenir


F = G × m₁ × m₂ / d²    (loi de Newton)
G = 6,67 × 10⁻¹¹ N·m²/kg²
P = mg    (poids = force gravitationnelle locale)
g ≈ 9,8 N/kg sur Terre
Masse (kg) : invariante    Poids (N) : dépend du lieu

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