📘 Fiche de cours
L'essentiel du cours
- Référentiels : Le référentiel héliocentrique (origine au centre du Soleil, axes vers des étoiles fixes) est utilisé pour les planètes. Le géocentrique (origine au centre de la Terre) est utilisé pour les satellites.
- Force gravitationnelle : Entre deux corps $A$ et $B$ de masses $M$ et $m$ séparés par une distance $r$ : $\vec{F} = G \frac{M \cdot m}{r^2} \vec{n}$.
- Lois de Kepler :
- 1ère loi (trajectoires) : Les planètes décrivent des ellipses dont le Soleil est l'un des foyers.
- 2ème loi (aires) : Le segment reliant le Soleil à la planète balaie des aires égales en des temps égaux.
- 3ème loi (périodes) : Pour une orbite circulaire de rayon $r$ : $\frac{T^2}{r^3} = \frac{4\pi^2}{G \cdot M}$.
- Vitesse orbitale : Pour un mouvement circulaire uniforme : $v = \sqrt{\frac{G \cdot M}{r}}$.
Méthodes à maîtriser
- Appliquer la 2ème loi de Newton dans un repère de Frenet $(\vec{u}, \vec{n})$.
- Démontrer que le mouvement est uniforme ($a_t = 0$).
- Exprimer $T$ en fonction de $r$ et $v$ : $T = \frac{2\pi r}{v}$.
- Condition de géostationnarité : orbite dans le plan équatorial, sens de rotation identique à la Terre, période $T = 24h$.
Exemples corrigés
- Calcul de la vitesse : Satellite à altitude $h$ : $r = R_T + h$. $v = \sqrt{\frac{G \cdot M_T}{R_T + h}}$.
- Démonstration 3ème loi : Projeter $\sum \vec{F} = m \vec{a}$ sur l'axe normal, remplacer $a_n = \frac{v^2}{r}$ et $v = \frac{2\pi r}{T}$.
Erreurs fréquentes
- Oublier d'ajouter le rayon de la Terre $R_T$ à l'altitude $h$ ($r = R_T + h$).
- Confondre la période de rotation de la Terre sur elle-même (23h56min) avec 24h.
- Utiliser la masse du satellite dans la formule de la vitesse (elle se simplifie).