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Niveau reprise d'études
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accélération et gravitation

Posté par
fabo34
12-01-25 à 16:28

Bonjour, une question d'ordre pratique.

Dans le sujet spe-physique-chimie-2022-polynesie-2, il est question d'une sonde en orbite autour de mercure. Ils disent "Lors de son passage au plus près de la surface de la planète, à l'altitude h égale à 200 km, la sonde possédait une accélération de valeur 3,15 m·s-2."

En pratique, comment une sonde peut-elle mesurer son accélération, alors que normalement un accéléromètre à l'intérieur est censé indiquer une accélération nulle (chute libre)?

Posté par
gts2
re : accélération et gravitation 12-01-25 à 17:01

Bonjour,

Le texte dit bien "possédait" et pas "a mesuré".
La sonde, par contre, "sait" où elle est (ou le centre spatial qui la suit le sait), et donc on peut calculer son accélération.  

Posté par
fabo34
re : accélération et gravitation 12-01-25 à 17:11

Merci.

Mais par quels moyens sait-on exactement où elle est ? Comment le centre spatial sait-il exactement où elle? Quels sont les points de référence? La techno possiblement employée?

Posté par
gts2
re : accélération et gravitation 12-01-25 à 17:39

Bonjour,

Deux liens : et

Posté par
fabo34
re : accélération et gravitation 12-01-25 à 18:10

Merci. ok pour la vitesse et la distance. Là je n'arrive pas bien à comprendre comment ils arrivent aux grandeurs dans les 3 dimensions de l'espace avec leur méthode "Delta DOR". A étudier.

Si on revient à la sonde, n'existe-t-il donc aucun moyen de se "positionner" sans aide de la Terre?

Posté par
gts2
re : accélération et gravitation 12-01-25 à 19:01

Cela existe, tout au moins sur le papier, c'est la navigation astronomique, j'ai bien un lien, mais c'est une thèse ....

Posté par
fabo34
re : accélération et gravitation 12-01-25 à 19:30

Je veux bien quand même. Pour la culture
Au moins le résumé et les mots clefs!

Posté par
gts2
re : accélération et gravitation 12-01-25 à 19:43

La navigation astronomique d'une sonde autonome,
pour l'exploration du système solaire à l'ère de Gaia.

Yann Duchemin

Posté par
fabo34
re : accélération et gravitation 12-01-25 à 20:50

Génial. Le résumé est très alléchant!
Merci beaucoup.

Posté par
fabo34
re : accélération et gravitation 13-01-25 à 09:09

Juste encore un problème relatif à ce sujet.

Comme dans l'exercice, imaginons que je connaisse l'accélération (a) au périgée (P). Je peux alors en déduire la masse M de la planète (a=GM/P² ). Avec le repère de Frenet, je peux en déduire le rayon de courbure R avec (v²/R=a).

À ce niveau de connaissance (accélération, vitesse, position), je suppose que l'ellipse est complètement déterminée. Et je me demandais s'il était possible d'en calculer l'apogée (A). Mais je ne trouve pas. La conservation de l'énergie mécanique donne E=v²/2-MG/r . Mais il faudrait une 2ème relation pour en déduire la vitesse à l'apogée. Et malheuresement Frenet n'utilise  que les rayons de courbure, pas les distances aux foyers

Une idée?

Posté par
Candide
re : accélération et gravitation 13-01-25 à 11:27

Bonjour,

Pour étudier les orbites d'un satellite de masse m autour d'une planète ... on doit connaître les caractéristiques de cette planète (par exemple sa masse M)

On montre que v = \sqrt{2GM.(\frac{1}{r} - \frac{1}{2a})}

Avec v la vitesse du satellite à la distance "r" entre le satellite et le foyer de l'ellipse et 2a le grand axe de l'ellipse de l'orbite.

On a aussi : T = 2\pi.\sqrt{\frac{a^3}{G.(M+m)}} \simeq 2\pi.\sqrt{\frac{a^3}{G.M}} avec T la période de parcours du satellite autour de la planète.

Donc si on connaît T, on peut calculer a ou si on connait a, on peut calculer T.

On peut alors utiliser la première formule ci-dessus pour calculer la vitesse du satellite en fonction de r (distance entre satellite et foyer de l'ellipse)

Si d est la valeur de r "au plus près se ma planète", alors la valeur de r "au plus loin de la planète" est 2a - d...
Ceci permet donc, de trouver la vitesse à l'apogée si on connait la vitesse au périgée.

Posté par
fabo34
re : accélération et gravitation 13-01-25 à 11:52

Merci.
j'imaginais qu'il y avait plus direct sans avoir à faire un tour pour connaître T (ce qui peux-être long) .

Le produit GM peut-être directement obtenu par la valeur de l'accélération à l'apogée ou au périgée.

Je ne connaissais pas cette formule:

v^2=2GM\left(\dfrac{1}{r}-\dfrac{1}{2a}\right)

Et effectivement elle permet de résoudre le problème.

Ca ressemble à

Em=-\dfrac{GM}{2a}

Comment obtient-on ça?

Posté par
Candide
re : accélération et gravitation 13-01-25 à 12:52

Bonjour,

E_m = -\frac{GMm}{2a}
mais on a aussi : Em = Ecinétique + Epotentielle
E_m = \frac{1}{2}m.v^2 - \frac{GmM}{r} (remarque, ici, on prend la référence d'énergie potentielle nulle à l'infini)

Donc : -\frac{GMm}{2a} = \frac{1}{2}m.v^2 - \frac{GmM}{r}

qui donne : v = \sqrt{2GM.(\frac{1}{r}-\frac{1}{2a})}

Posté par
vanoise
re : accélération et gravitation 13-01-25 à 13:04

fabo34 poste au niveau "reprise d'études"...
Si les démonstrations des formules évoquées précédemment l'intéresse, il trouvera ici une fiche sur ce genre de mouvement, niveau (bac+1) :

Posté par
fabo34
re : accélération et gravitation 13-01-25 à 13:05

Oui. J'avais compris le lien avec l'énergie mécanique. La question était plutôt: comment obtient-on ce résultat incroyable:

E_m = -\dfrac{GMm}{2a}

Posté par
fabo34
re : accélération et gravitation 13-01-25 à 13:07

vanoise : merci. On s'est télescopé. Je vais étudié cela

Posté par
vanoise
re : accélération et gravitation 13-01-25 à 14:08

La formule que tu évoques à 13h05 est démontrée simplement au paragraphe V.6.1 mais en utilisant des résultats démontrés auparavant ! Je crois que, pour une première étude, tu peux ignorer les paragraphes V.4 et V.5 sur le vecteur de Lenz et l'énergie potentielle effective.

Posté par
fabo34
re : accélération et gravitation 13-01-25 à 18:30

Ça me rappelle des souvenirs de lycée, ... À mon époqu, on y voyait encore les coniques en maths et le moment cinétique en physique. Mais là ça reste compliqué à reprendre, tout ça !

Bon. Pour revenir à mes moutons, au périastre P ou à l'apoastre A, la vitesse est pile-poil perpendiculaire au vecteur position, et donc le moment cinétique vaut simplement   L=mvr ? Vu qu'il est constant dans le temps, j'obtient donc simplement la relation manquante que je cherchais

v_A\times r_A=v_P\times r_P

Vous confirmez cela?

Posté par
vanoise
re : accélération et gravitation 13-01-25 à 18:42

Citation :
Vous confirmez cela?

Oui !



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