📘 Fiche de cours
L'essentiel du cours
Une force $\vec{F}$ est centrale par rapport à un point $O$ si elle est de la forme $\vec{F} = f(r)\vec{u}_r$.
- Moment cinétique : $\vec{L}_O = \vec{r} \wedge m\vec{v}$. Pour une force centrale, $\vec{L}_O$ est constant.
- Loi des aires : La vitesse aréolaire $\frac{dA}{dt} = \frac{L}{2m}$ est constante.
- Énergie potentielle effective : $E_{peff}(r) = \frac{L^2}{2mr^2} + E_p(r)$.
- Lois de Kepler :
- Trajectoires coniques.
- Loi des aires.
- $T^2/a^3 = 4\pi^2/GM$.
Méthodes à maîtriser
- Utiliser la conservation du moment cinétique pour relier les vitesses aux distances.
- Tracer le graphe de $E_{peff}(r)$ pour discuter de la nature du mouvement (borné ou non).
- Appliquer le théorème de l'énergie mécanique $E_m = E_c + E_p = \text{cste}$.
Exemples corrigés
Exemple : Calculer la vitesse $v$ d'un satellite en orbite circulaire de rayon $r$. Solution : $F = G\frac{Mm}{r^2} = m\frac{v^2}{r} \implies v = \sqrt{\frac{GM}{r}}$.
Erreurs fréquentes
- Oublier que $\vec{L}_O$ est un vecteur constant (direction fixe).
- Confondre l'énergie mécanique totale avec l'énergie potentielle effective.
- Négliger le terme centrifuge dans l'expression de $E_{peff}$.