TP 2nde
: MISE En orbite d’un satellite
Introduction :
Le but de cette activité est, dans un premier temps,
de réussir à simuler la mise en orbite d’un satellite.
Pour cela :
- Insérez le CD-ROM fourni. Patientez quelques instants…
- Cliquez sur Physique puis sélectionner Mouvements de
la Lune et des satellites puis enfin simulateur de mise en
orbite.
- Regardez et écoutez attentivement l’introduction et compléments
d’information vidéo-projetés par le professeur…
Vous êtes maintenant sur le point de réaliser la
mise en orbite d’un satellite autour de la Terre, à l’aide du simulateur
proposé.
I. Simulation de la mise en orbite / causes des
faits observés :
A l’aide du simulateur,
vous pouvez agir sur deux paramètres : lesquels ? _______________________________________
Fixez, pour plus de
visibilité, l’altitude du satellite à h
= 20 000 km puis complétez le tableau suivant*, d’après vos
observations :
|
Altitude h = 20 000 km |
Fait(s) observé(s) |
Trajectoire(s) et type de mouvement observés |
Mise en orbite réussie ? |
Cause(s) du mouvement observé ? |
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Cas 1 Vitesse v1 = |
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Cas 2 Vitesse v2 = |
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Cas 3 Vitesse v3 = |
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* Si vous obtenez des
résultats similaires avec des vitesses différentes, notez un seul résultat.
II. Questions :
Nous nous plaçons dans la cas où la mise
en orbite est réussie.
**Recherche Internet possible
1. Pourquoi le satellite ne
s’écrase-t-il pas sur Terre ?
_____________________________________________________________________________________________
2. Complétez
et légendez le schéma en tentant de représenter la force de gravitation
responsable du mouvement du satellite :
3. Qui nous a
permis de connaître cette force d’attraction gravitationnelle ? Et
quand ?**
_____________________________________________________________________
4.
Déterminez l’expression (formule) de la valeur de la force de
gravitation existant entre la Terre et le satellite** :
|
Puissances de 10 (rappel) |
|
10a
x 10b = 10 a+b |
|
10a
/ 10b = 10 a-b |
5. Calculez la valeur de la force de
gravitation existant entre la Terre et le satellite :
Données :
msat = 700 kg
mTerre = 5,98×1024 kg
RTerre
(rayon) = 6,38×103 km
h
= 20 000 km
G
= 6,67 x 10-11 S.I
6. Recherchez la définition d’un
satellite géostationnaire et donnez-en un exemple** :
7.
Déterminez la vitesse moyenne d’un satellite géostationnaire sur
son orbite, considérée comme circulaire :
III.
Application au système Terre-Lune :
1.
Que représente la Lune, pour la Terre ? ___________________________________________
2.
Déterminez l’expression de la valeur de la force de gravitation existant
entre la Terre et la Lune :
3. Calculez la valeur de la force de
gravitation liant la Terre et la Lune :
Données supplémentaires : mLune
= 7,35 x 1022 kg Dterre-Lune
= 3,84 x 105 km
4. Quelle serait la trajectoire de la Lune en
l’absence de cette force d’attraction gravitationnelle ? Pourquoi ?
________________________________________________________________________________________________
IV. La
gravitation ? Pour NEWTON, une histoire de pomme !
La légende raconte que l’idée d’une force d’attraction
gravitationnelle a germé dans l’esprit de Newton lorsque celui-ci reçut une
pomme sur la tête, alors qu’il dormait sous un pommier…
Comme tous les objets, la pomme est attirée par la Terre du
fait de la force de gravitation. Mais on dit aussi que la pomme tombe sous
l’effet de son poids ( ?!?)…
Répondez
aux questions de l’exercice suivant :
Une pomme de masse m = 100 g est posée sur le sol.
1) Donner l’expression de la valeur P de son poids en
fonction de gTerre et m. La calculer.
2) Donner l’expression de la valeur F de la force d’attraction
gravitationnelle exercée par la Terre sur la pomme. La calculer.
données : gTerre = 9,8 N.kg–1 ; mTerre
= 5,98×1024 kg ; RTerre (rayon) = 6,38×103
km ; G = 6,67×10–11
(USI)
3) Comparer F et P. Conclure :
FICHE PROFESSEUR
Cette activité a pour objectifs, davantage que de
réaliser la simulation simplifiée de mise en orbite d’un satellite :
- de
réveiller la notion de gravitation abordée au collège en classe de 3ème.
-
de faire rechercher
par l’élève l’expression de la force de gravitation et de s’approprier cette
expression par le calcul.
-
de souligner
l’influence de la vitesse de mise en orbite et donc de la vitesse du satellite
en orbite
-
de faire l’analogie avec le système naturel
{Terre-Lune}.
-
d’identifier
force d’attraction gravitationnelle terrestre avec le poids terrestre.
Procédure :
Les feuilles 1 à 3 seront à distribuer au fur et à
mesure de l’avancement de l’activité.
Dans l’introduction
vidéo-projection : un satellite, comment ça marche ? suivi de
l’introduction de l’animation-simulation.
Au II question 6, vidéo-projection de prolongements
de l’animation-simulation.
A noter :
Cette
activité, qui s’apparente plus à un TP-cours, doit être réalisée après
les notions de représentation de force et de principe
d’inertie,
ce dernier pouvant s’appliquer par ailleurs peu après la satellisation si une
trop grande vitesse de mise en orbite est
choisie.
Egalement,
même si cela n’est plus exigible, il m’a semblé être plus explicite de demander
de représenter la force de gravitation
entre
la Terre et le satellite.
L’animation
permet de choisir, pour une altitude fixée, différentes vitesses de
satellisation et d’obtenir essentiellement
les 3 cas suivants :
-
vitesse trop
élevée : le satellite s’échappe (possibilité de rappeler le principe
d’inertie)
-
vitesse trop
faible : le satellite retombe et s’écrase sur la Terre.
-
vitesse
adéquate : mise en orbite réussie (ex : pour h = 20 000 km préférée à
l’altitude géostationnaire pour une
meilleure visualisation des
trajectoires, v ≈ 3,9 km.s-1)
Prolongement possible :
Une
séance de cours supplémentaire permettra de mettre en évidence simplement le
champ de gravitation
(en
utilisant la question 3 de l’exercice sur la pomme) et donc de comparer
le poids d’un même corps sur la Terre et sur la Lune.
FICHE MATERIEL-TP Gravitation / Satellite
-
Salle avec
vidéo-projecteur + HP.
-
9 postes avec PC +
accès internet
-
9 copies du
CD-ROM Hachette Seconde (ancien programme) – à récupérer en fin de
séance !