Méchanique: La gravitation
Le système solaire

1. Le système solaire

Le système solaire est comporte le Soleil et de l'ensemble des astres qui tournent autour de lui. Le système solaire s'est formée il y a environ 5 milliards d'années.

• Le Soleil: c'est l'astre le plus gros du système solaire et se trouve en son centre.

Les autres étoiles semblent beaucoup plus petites que le Soleil car elles sont beaucoup plus éloignées et ne font pas partie du système solaire.

• Les planètes: elles tournent autour du Soleil et sont au nombre de huit. Dans l'ordre d'éloignement par rapport au Soleil il y a d'abord Mercure, Venus, la Terre puis Mars qui sont les quatres planètes telluriques (avec une surface rocheuse solide) puis il y a Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune qui sont des planètes gazeuses.

• Les planètes naines: sont des planètes qui tournent aussi autour du Soleil mais sont de taille inférieure à celles des huits. Pluton, Charon, Eris et Sedna font partie de cette catégorie.



• Les satellites naturels: Quelques planètes sont accompagnés de petits astres qui tournent autour d'elles et que l'on appellent satellites naturels. La Lune est le satellite naturel de la Terre. Mars en possède deux petits (Deimos et Phobos) et les planètes gazeuses en possèdent chacune plusieurs dizaines.

• Les astéroïdes: ce sont aussi des astres qui tournent autour du Soleil mais d'une taille en générale plus petite variant de quelque mètres à une centaine de kilomètres.

Ils sont concentrés principalement dans une zone appelée ceinture d'astéroïde qui se trouve entre Mars et Jupiter ainsi que dans une zone très éloignée du Soleil appelée ceinture de Kuipper.

• Les comètes: comme les astéroïdes, tournent autour du Soleil mais possèdent une trajectoire aplatie qui les rapproche régulièrement du Solei et les rend visibles de la Terre accompagnée d'une longue trainée de poussière et de vapeur d'eau appelée queue de comète.

Le point commun des planètes, des planètes naines, des astéroïdes, et des comètes est de tourner autour du Soleil en suivant une trajectoire quasiment circulaire.

Ce mouvement a pour origine l'action du Soleil sur ces astres par l'intermédiaire d'un phénomène appelé gravitation.

2. Les interactions

On dit que deux corps sont en interaction si ces deux corps exercent mutuellement une action l'un sur l'autre.

1. L'interaction magnétique

On place, à proximité l'un de l'autre, deux aimants mobiles.

• Si les pôles sont identiques (deux pôles nord ou deux pôles sud), alors les deux aimants s'éloignent: ils se repoussent.
• Si les pôles sont différents (un pôle nord face à un pôle sud) alors les deux aimants se rapprochent: ils s'attirent.

Les déplacements des aimants sont due à l'interaction magnétique entre eux.

L'interaction magnétique est une interaction à distance. Le contact entre les aimants n'est pas nécessaire.

Les actions qui s'exercent entre deux aimants lors d'une interaction magnétique possèdent les caractéristiques suivantes:

• Les deux actions s'exercent suivant le même axe (même direction),
• Les deux actions s'exercent dans des sens opposés,
• Les deux actions s'exercent avec la même intensité.

2. L'interaction de gravitation

La gravitation est également une intéraction. Contrairement à l'intéraction magnétique qui ne s'exerce qu'entre les corps dotés de pôles magnétiques cette dernière s'exerce entre tous les corps qui possèdent une masse.

Tout les corps qui nous entourent possédent. Ils participent donc tous à des intéractions de gravitation.

L'intéraction de gravitation et l'intéraction magnétique partagent les caractéristiques qui sont propres à toutes les intéractions:

• Les actions qui s'exercent ont même direction,
• Les actions qui s'exercent ont des sens opposés,
• Les actions s'exercent avec les mêmes intensités.

Elles partagent d'autres point communs:

• Ce sont toutes les deux des interactions à distance,
• Elles sont d'autant plus intenses que les corps qui intéragissent sont proches.

Ces intéractions se différencient par contre sur deux points:

• L'intéraction magnétique peut être répulsive ou attractive tandis que la gravitation est seulement attractive: deux corps, sous l'effet de la gravitation, peuvent seulement s'attirer.
• Il existe deux sortes de pôles magnétiques (nord ou sud) mais une seule sorte de masse.

3. Les effets de l'intéraction gravitationnelle

3.1. L'intéraction de gravitation

Lorsqu'on lâche un objet il se produit un phénomène qui nous est familier: il tombe.

Cette chute est causée par l'attraction qu'il subit de la part de la Terre et qui a pour origine l'intéraction gravitationnelle qui s'exerce entre les deux corps (l'objet et la Terre).

C'est l'intéraction gravitationnelle qui est responsable de la chute des objets.

Pour être plus précis un objet qui tombe vers le sol se déplace en direction du centre de la Terre.

Puisqu'il s'agit d'une intéraction on peut se demander pourquoi la Terre ne se déplace pas elle-même en direction de l'objet? Pourquoi la Terre reste-t-elle immobile alors que l'objet se déplace et que tous les deux sont soumis à des actions de même intensité ?

Cette différence est due à la masse des objets qui interagissent: si des objets de masses différentes sont soumis à une même action, les effets sont plus importants pour l'objet de masse la plus faible.

Si l'on projette deux objets avec la même force alors on donne plus de vitesse à l'objet le plus léger. La Terre est évidemment de masse nettement supérieure à celle des objets qui nous entourent et les effets de l'intéraction sont pour elle si petits qu'ils ne sont pas observables.

3.2. L'intéraction de gravitation
entre deux objets

L'intéraction gravitationnelle s'exerce sur tout les objets possédant une masse, ce qui est le cas des objets qui nous entourent: tables, livres, vêtements, , personnes, etc.

Pourtant ces objets ne se dirigent pas les uns vers les autres comme pourraient le faire deux aimants qui s'attirent.

L'intéraction gravitationnelle s'exerce bien entre ces objets mais à l'échelle de leur masse, cette intéraction est si faible qu'elle est incapable de vaincre ne serait que les frottements de l'air qui sépare les objet.

Pour que des objets s'attirent il faudrait qu'ils soient placés dans le vide spatial.

3.3. L'intéraction de gravitation
entre le Soleil et la Terre

L'intéraction gravitationnelle est également à l'origine du mouvement de la Terre autour du Soleil.

Pourquoi l'intéraction gravitationnelle entre le Soleil et la Terre ne conduit-elle pas à un rapprochement de ces deux corps ?

On peut comparer la situation à celle d'une fronde constituée d'un objet attaché à une ficelle, que l'on fait tourner: La main qui tient la ficelle exerce une attraction sur la ficelle qui exerce elle-même une attraction sur l'objet. Cette attraction combinée à une certaine vitesse communiqée initialement à l'objet permet de faire tourner l'objet.

La situation de la Terre est comparable: elle est soumise à une action attractive de la part du Soleil qui combinée à la vitesse reçue au moment de sa formation a conduit à ce mouvement de révolution autour du Soleil.

La Terre ne peut s'approcher du soleil puisqu'elle tourne.

Tous les mouvements de révolution dans le système solaire peuvent être interprétés de la même manière : mouvement des autres planètes autour du Soleil, mouvement de la Lune et des satellites artificiels autour de la Terre, mouvement des satellites naturels, mouvement du système solaire autour du centre de la galaxie, etc ...