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Cours de Physique-chimie 3e - Pourquoi les planètes gravitent-elles autour du Soleil ?


Note par nos Maxinautes :  
Objectif
Les planètes du système solaire tournent autour du Soleil. Comment le Soleil les maintient-il autour de lui ? Comment expliquer leur mouvement circulaire ?
1. Exemple d'une interaction à distance entre des aimants
a. Expérience: actions s'exerçant entre deux aimants
Deux aimants sont placés à proximité l'un de l'autre sur des supports mobiles (les pôles des aimants sont opposés).

b. Observations réalisées pendant l'expérience
Lorsque les deux aimants sont lâchés ils se mettent en mouvement et se rapprochent.

La vitesse avec laquelle les deux aimants se rapprochent est d'autant plus élevée que la distance qui les sépare initialement est faible.
c. Interprétation
Le premier aimant exerce une action sur le deuxième car il l'attire vers la gauche.

Le deuxième aimant exerce aussi une action sur le premier aimant car il l'attire vers la droite.

L'action qu'exercent les aimants l'un sur l'autre est d'autant plus forte que les aimants sont proches.
d. Conclusion
On dit que cette attraction mutuelle entre les aimants correspond à une interaction.

Il y a interaction entre deux corps quand l'action du premier corps sur le deuxième s'accompagne d'une action du deuxième corps sur le premier.

L'interaction magnétique entre les aimants est une interaction à distance. Une interaction est dite à distance quand aucun contact n'est nécessaire entre les corps à l'origine de cette interaction.

L'interaction magnétique dépend de la distance qui sépare les aimants.
2. La gravitation
a. Qu'est-ce que la gravitation ?
La gravitation est l'interaction qui s'exerce (entre autres) entre le Soleil et les planètes. On l'appelle aussi interaction gravitationnelle.
b. Comparaison de l'interaction magnétique (entre aimants) et de l'interaction gravitationnelle
Points communs:
- Il s'agit d'interactions à distance.
- La valeur de l'interaction dépend de la distance entre les corps qui interagissent.

Différences:
- La gravitation ne s'exerce pas entre deux corps comportant des pôles magnétiques mais entre deux corps possédant une masse (ce qui est le cas de la majorité des corps).
- La gravitation est toujours attractive (les corps qui interagissent s'attirent toujours et ne se repoussent jamais).
- La valeur de l'interaction gravitationnelle est proportionnelle à la masse des corps qui interagissent.
c. Sur quels corps s'exerce la gravitation ?
La gravitation s'exerce à l'échelle humaine:
C'est l'interaction gravitationnelle avec la Terre qui permet aux objets qui nous entourent (ainsi qu'à nous-même) d'être maintenus à sa surface.

La gravitation s'exerce à l'échelle de l'univers:
L'interaction gravitationnelle faiblit lorsque la distance entre les corps augmente mais ne s'annule jamais complètement. Les effets de la gravitation se font donc ressentir dans tous l'univers.

Cette interaction s'exerce entre les astres du système solaire (Soleil, astéroïdes, planètes, comètes etc) mais aussi entre les étoiles et les galaxies.
3. Le mouvement circulaire
a. Mouvement de la pierre d'une fronde
Une fronde est constituée d'une pierre attachée à une ficelle.
Il est possible de faire tournoyer la pierre et donc de lui donner un mouvement circulaire.


Lors de ce mouvement, la main exerce sur la pierre, par l'intermédiaire du fil, une action attractive orientée vers cette main située au centre de la trajectoire circulaire.

L'action attractive exercée par la main empêche la pierre de s'éloigner de la main et courbe sa trajectoire .
b. Mouvement des planètes
La situation des planètes peut être comparée à celle de la pierre d'une fronde:

Les planètes subissent une action attractive orientée vers le centre de leur trajectoire où se situe le Soleil.

L'interaction gravitationnelle qui s'exerce entre une planète et le Soleil est donc à l'origine de sa trajectoire circulaire.

Remarque:
C'est le Soleil qui se situe au centre de la trajectoire quasiment circulaire des planètes (et non l'inverse) car sa masse est nettement supérieure.
c. Le mouvement des autres astres
L'interaction gravitationnelle est également à l'origine de la trajectoire quasiment circulaire des satellites autour de leur planète, ainsi que du mouvement du système solaire autour du centre de notre galaxie.
L'essentiel
Il y a interaction entre deux corps quand l'action du premier corps sur le deuxième s'accompagne toujours d'une action du deuxième corps sur le premier.

Une interaction est dite à distance quand aucun contact n'est nécessaire entre les corps à l'origine de cette interaction.

La gravitation est l'interaction qui s'exerce (entre autres) entre le Soleil et les planètes. On l'appelle aussi interaction gravitationnelle.

Caractéristiques de la gravitation:
- La gravitation est une interaction à distance.
- Sa valeur dépend de la distance entre les corps qui interagissent.
- Elle s'exerce entre deux corps possédant une masse.
- Elle est toujours attractive.
- Sa valeur est proportionnelle à la masse des corps qui interagissent.

L'interaction gravitationnelle qui s'exerce entre une planète et le Soleil est à l'origine de sa trajectoire circulaire.
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