1. La gravitation universelle
Pourquoi les objets tombent, pourquoi la Lune tourne autour de la Terre : une seule loi explique tout.
ΦRésumé du cours
Loi de la gravitation universelle (Newton)
Deux corps A et B, de masses mA et mB, dont les centres sont séparés d’une distance d, s’attirent avec des forces de même intensité :
F = G × mA × mB / d²
- G = 6,67 × 10⁻¹¹ N·m²·kg⁻² (constante de gravitation universelle).
- m en kg, d en m, F en newtons (N).
- Les deux forces FA/B et FB/A ont la même droite d’action (AB), des sens opposés et la même intensité.
Si d est multipliée par 2, F est divisée par 4.
Le poids d’un corps
Au voisinage de la Terre, le poids P d’un corps est pratiquement égal à la force d’attraction de la Terre : P = m × g.
- À la surface : g₀ = G × MT / RT² ≈ 9,8 N/kg.
- À l’altitude h : g = G × MT / (RT + h)². g diminue quand on s’éloigne de la Terre.
- Caractéristiques de P : point d’application au centre de gravité G, direction verticale, sens vers le bas.
Données utiles : MT = 5,97 × 10²⁴ kg ; RT = 6,37 × 10⁶ m.
La masse (en kg) ne change pas d’un endroit à l’autre ; le poids (en N) change avec g.
✎Exemples corrigés
Exemple 1
Deux boules de 5 kg chacune ont leurs centres à 50 cm l’une de l’autre. Calculer la force d’attraction.
Voir la correction
Cette force est minuscule : c’est pour cela qu’on ne la remarque pas entre objets du quotidien.
Exemple 2
Calculer g₀ à la surface de la Terre, puis le poids d’un élève de 70 kg.
Voir la correction
P = m × g₀ = 70 × 9,8 ≈ 686 N.
Exemple 3
Que vaut g à une altitude égale au rayon de la Terre (h = RT) ?
Voir la correction
?Teste-toi
Clique sur la bonne réponse.
-
Si la distance entre deux corps double, la force d’attraction est…
Réponse
b) divisée par 4 — F est proportionnelle à 1/d². -
L’unité de la force est…
Réponse
b) le newton — Une force s’exprime en newtons (N). -
Sur la Lune, la masse d’un astronaute…
Réponse
b) reste la même — C’est son poids qui diminue, pas sa masse. -
Le poids est dirigé…
Réponse
b) verticalement vers le bas — Vers le centre de la Terre.
لماذا تسقط الأجسام، ولماذا يدور القمر حول الأرض: قانون واحد يفسر كل شيء.
Φملخص الدرس
قانون التجاذب الكوني (نيوتن)
يتجاذب جسمان A و B، كتلتاهما mA و mB، والمسافة بين مركزيهما d، بقوتين لهما نفس الشدة:
F = G × mA × mB / d²
- G = 6,67 × 10⁻¹¹ N·m²·kg⁻² (ثابتة التجاذب الكوني).
- m بالكيلوغرام، d بالمتر، F بالنيوتن (N).
- للقوتين FA/B و FB/A نفس خط التأثير (AB) ومنحيان متعاكسان ونفس الشدة.
إذا ضُربت d في 2 قُسمت F على 4.
وزن جسم
بجوار الأرض، يساوي وزن جسم P عمليًا قوة جذب الأرض له: P = m × g.
- على سطح الأرض: g₀ = G × MT / RT² ≈ 9,8 N/kg.
- على الارتفاع h: g = G × MT / (RT + h)². تتناقص g كلما ابتعدنا عن الأرض.
- مميزات P: نقطة التأثير مركز الثقل G، الاتجاه رأسي، المنحى نحو الأسفل.
معطيات مفيدة: MT = 5,97 × 10²⁴ kg ؛ RT = 6,37 × 10⁶ m.
الكتلة (بـ kg) لا تتغير من مكان لآخر؛ أما الوزن (بـ N) فيتغير مع g.
✎أمثلة محلولة
مثال 1
كرتان كتلة كل منهما 5 kg والمسافة بين مركزيهما 50 cm. احسب قوة التجاذب.
عرض الحل
هذه القوة صغيرة جدًا، ولهذا لا نلاحظها بين الأجسام في حياتنا اليومية.
مثال 2
احسب g₀ على سطح الأرض ثم وزن تلميذ كتلته 70 kg.
عرض الحل
P = m × g₀ = 70 × 9,8 ≈ 686 N.
مثال 3
ما قيمة g على ارتفاع يساوي شعاع الأرض (h = RT)؟
عرض الحل
?اختبر نفسك
اضغط على الجواب الصحيح.
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إذا تضاعفت المسافة بين جسمين فإن قوة التجاذب…
الجواب
ب) تُقسم على 4 — F تتناسب مع 1/d². -
وحدة القوة هي…
الجواب
ب) النيوتن — تُقاس القوة بالنيوتن (N). -
على سطح القمر، كتلة رائد الفضاء…
الجواب
ب) تبقى نفسها — الوزن هو الذي ينقص لا الكتلة. -
اتجاه الوزن…
الجواب
ب) رأسي نحو الأسفل — نحو مركز الأرض.
Résumé rédigé par Nqraw selon le programme officiel marocain.