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Niveau maths sup
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mouvements de la terre et d'un satellite

Posté par
mariemation
01-11-17 à 13:29

Bonjour

Je n'arrive pas à comprendre une partie dans le corrigé d'un problème de mécanique de MPSI.

voilà le problème:

on considère un satellite de masse m soumis à l'attraction gravitationnelle de la terre supposée sphérique, de centre O, de rayon R_{T} et de masse M_{T}.

on admettera que m<<M_{T} et donc que la terre peut être considérée comme fixe.
on posera k=GM_{T}m avec G la constante de gravitation universelle.

1)
Donner l'expression de la force \vec{f} s'exerçant sur la satellite
Rep: \vec{f}=-\frac{k}{r^{2}}\vec{u_{r}} tel que r la distance entre le satellite et le centre de la terre et \vec{u_{r}} est le vecteur unitaire dirigé depuis le centre de la terre vers la satellite.

2) Montrer que la trajectoire du satellite par rapport à la terre est plane. On pourra faire l'étude en coordonnées cylindriques (r, \theta , z) de vecteurs unitaires correspondants \vec{u_{r}}, \vec{u_{\theta}}, \vec{u_{z}} avec \vec{u_{z}} le vecteur unitaire orthogonal au plan de cette trajectoire.

Rep: on montre que le moment cinétique par rapport à O est constant (et \vec{L}=L\vec{u_{z}}), et puisque le vecteur position est toujours orthogonal au moment cinétique donc le mouvement ce fait dans le plan défini par O, le vecteur position initial et la vitesse initiale .

3) L'accélération du satellite peut s'écrire sous la forme: \vec{a }=-(\frac{L}{mr})^2(\frac{1}{r}+\frac{d^2}{d\theta^2}\frac{1}{r})\vec{u_r}
(formule de Binet) où L représente le moment cinétique par rapport à O du satellite. La trajectoire du satellite est une ellipse d'équation r=\frac{p}{1+e\cos(\theta)} où p et e sont des constantes appelées respectivement paramètre et excentricité. L'axe polaire et l'axe focal sont confondus. Donner l'expression du paramètre p en fonction de L, k et m.

Rep:
La relation fondamentale de la dynamique projetée selon la direction radiale s'écrit:
-\frac{k}{r^2}=-m(\frac{L}{mr})^2(\frac{1}{r}+\frac{d^2}{dr^2}\frac{1}{r})  
(je pense qu'il fallait écrire \frac{d^2}{d\theta^2} au lieu de \frac{d^2}{dr^2})
c'est à dire:
\frac{km}{L^2}=\frac{1}{r}+\frac{d^2}{dr^2}\frac{1}{r} (de même ici)
La solution de cette équation est la somme de la solution générale sans second membre: \frac{1}{r}=A\cos(\theta-\theta_0) et d'une solution particulière \frac{1}{r}=\frac{km}{L^2}
On choisi arbitrairement comme direction de référence des coordonnées polaires dans le plan du mouvemnt celle qui réalise \theta_0=0. Cela revient à confondre l'axe polaire avec l'axe focal. Alors la trajectoire du satellite est définie par :
r=\frac{\frac{L^2}{km}}{1+\frac{AL^2}{km}\cos(\theta)}
donc p=\frac{L^2}{km} et dans le cas d'un satellite, la trajectoire est une ellipse d'excentricité e=\frac{AL^2}{km}<1

j'ai pas pu comprendre la partie en bleu quelqu'un peut m'expliquer s'il vous plait?

Posté par
krinn Correcteur
re : mouvements de la terre et d'un satellite 01-11-17 à 14:10

Bonjour
Si 1/r = A cos(O - Oo)
Alors le périgée a pour position angulaire Oo
On peut toujours tourner les axes d un angle -Oo de façon à ce que le périgée se trouve à =0
ce qui est plus simple géométriquement

Posté par
mariemation
re : mouvements de la terre et d'un satellite 01-11-17 à 14:42

merci krinn

mais j'ai pas compris pourquoi le périgé a pour position angulaire \theta_0?

Posté par
mariemation
re : mouvements de la terre et d'un satellite 01-11-17 à 14:53

aussi l'angle \theta est définie comment? parce que on a besoin d'un référentiel (o, ox, oy, oz) pour dire que \theta = (\vec{ox},\vec{u_r})

Posté par
krinn Correcteur
re : mouvements de la terre et d'un satellite 01-11-17 à 15:34

Il faut faire un dessin
Dans (T,x,y) on a pour trajectoire: r = p/(1+e cos(O-Oo) )
Le périgée P a pour position angulaire Oo

Si on tourne les axes et qu' on se place dans (T,x',y')
Alors r = p/(1+ e cos)
P a pour position angulaire 0 et est compte à partir de l'axe Tx'

mouvements de la terre et d\'un satellite

Posté par
mariemation
re : mouvements de la terre et d'un satellite 01-11-17 à 17:39

Merci krinn! je voulais faire un dessin mais j'étais un peu embrouillée
maintenant j'ai bien compris
merci



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