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Physique : TPE

Posté par
TiT126
23-01-07 à 18:14

Salut a tous !
Alors voila je fait mon TPE sur les sondes spatiales et dedant j'ai besoin de calculer la 2e vitesse cosmique. J'ai reussi a trouver le calcule a effectuer mais le probleme c'estque je ne le comprend pas trés bien et je devrait le présentera l'oral alors j'aimerait bien que quelqun me l'explique :

Calcul de la 2eme vitesse cosmique :

Ep = \frac{-GmM}{Rt+h} + Cte    On considère que la constante est égale à 0.
        

Si h tend vers l'infini, alors \frac{-GmM}{Rt+h} tend vers 0.

Losrque la sonde spaciale s'éloigne de la Terre, Ep tend vers 0, donc Em dépend uniquement de Ec qui est toujours positif. On a donc Em strictement positif.

La force de gravitation est la seul force qui agit sur la sonde donc Em se conserve.

On a donc :             Em sol = Em ∞

                    Ec sol + Ep sol = Ec ∞ + Ep ∞

                    \frac{1}{2} m V² + Ep sol = Ec ∞ + Ep ∞
                    

                    \frac{1}{2} m V² = Ec ∞ + Ep ∞ - Ep sol
                    

                    On a  Ep ∞ = 0,   Ec ∞ > 0   et  Ep sol = \frac{-GmM}{Rt+h}(avec h = 0)
                                                                              

                    Donc  \frac{1}{2} m V² = - \frac{(-GmM)}{Rt}
                                                

                             \frac{1}{2} m V² = \frac{GmM}{Rt}
                                        
                                                                
                             V² =    \frac{2GmM}{Rt m}
                    D'où


V = \frac{2GM}{Rt}

                            

Alors ce que j'ai compris de ca c'est que :
M = masse de la terre
m= masse de la sonde
Rt = rayon de la terre
G= constante de gravitation
h= distance terre sonde

Alors ce que je n'arrive pas a compredre c'est :

Pourquoi l'energie potentiel vaut la force gravitationelle ?
Pourquoi Si h tend vers l'infini, alors \frac{-GmM}{Rt+h} tend vers 0 ?
Pourquoi l'energie mecanique du soleil (Em sol c'est ca ?) vaut l'energie mecanique infini ?

Le reste c que du calcule c pas bien dure
Merci a tout ce qui liront et qui m'aideront...^^

Posté par
boson
re : Physique : TPE 23-01-07 à 18:35

Question 1 :
Pour des raisons qui sont au programme de sup. Le plus simple (pour moi ) serait que tu regardes dans un bouquin de physique de sup, ou sur un site internet. En fait on t'y définie l'énergie potentielle de manière générale (et pas avec une pseudo approche intuitive comme au lycée).

Question 2 :
Regarde mieux ton expression

Question 3 :
Je ne pense pas que ce soit l'energie du soleil. A priori, et vu la tête du truc, je dirais que ce sont les énergies initiales (c'est à dire au sol).
Et c'est pas l'énergie mécanique infinie mais l'énergie mécanique à une distance infini.
En sommes si les forces sont conservatives tu n'as pas de perte d'énergie mécanique donc l'energie mécanique à l'infini est celle du départ.

Ceci étant dit j'ai pas encore rattrapé ce cours donc je t'invite à vérifier.

Posté par
boson
re : Physique : TPE 23-01-07 à 18:48

Maintenant que j'y pense, tu peux sans doute retrouver l'energie potentielle plus facilement vu qu'elle est finalement de la forme mgh avec g variant bien sur. Donc je ne sais pas comment vous vous etes debrouillés exactement dans votre cours mais il y a peut être possibilité d'exploiter ca..

Posté par
TiT126
re : Physique : TPE 23-01-07 à 18:49

Donc cela voudrait dire que les enerqie mecanique initial sont egales a l'energie mecanique a un distance infini ???

ensuite c'est quoi h ?
Tu me dit de mieu regarder l'expréssion cela veut dire ke si on divise par l'infini on va obtenir 0 ?

Et pour la 1 tu pourrait pas me dire en deux mot pourquoi l'energie potentiel vaut la force gravitationelle...tu es sur ke on doit etre en sup pour comprendre c'est si compliqué que ca ? je veut juste savoir en gros pour pouvoir repondre si ya une quéstion dessus...

Posté par
TiT126
re : Physique : TPE 23-01-07 à 18:51

ah oui peut etre on a vu mgh je vais essayer de faire le calcul avec ca

Posté par
Coll Moderateur
re : Physique : TPE 23-01-07 à 18:52

Bonjour à tous les deux,

L'énergie ne se définit pas en valeur absolue. Ce que l'on sait faire c'est calculer des variations d'énergie. Donc quand on écrit une valeur absolue de l'énergie, comme ici pour l'énergie potentielle, on le fait avec une constante indéterminée.
On peut prendre comme convention que cette constante est nulle. Ce qui revient ici à dire que l'énergie potentielle est nulle à l'infini.
Comme elle augmente au fur et à mesure de l'éloignement de la Terre, cela signifie qu'elle est très négative au sol et de moins en moins négative avec l'éloignement, jusqu'à son maximum, qui est zéro et qui est atteint à une distance infinie.

Comme l'a écrit justement boson l'énergie mécanique se conserve dans ce problème. Il faut donc communiquer au départ une vitesse suffisante pour que l'énergie cinétique ait une valeur au moins égale à la valeur absolue de l'énergie potentielle. La somme des deux sera ainsi positive ou nulle et la sonde pourra atteindre "l'infini".

Il n'est pas assez précis d'écrire que h est la distance de la sonde à la Terre : c'est l'altitude, c'est-à-dire la distance par rapport à la surface de la Terre et non pas la distance par rapport au centre de la Terre.

Non, l'énergie potentielle ne vaut pas du tout la force gravitationnelle (regarde le dénominateur...). L'énergie s'exprime en joules, la force en newtons. Ce ne sont pas les mêmes grandeurs.

Posté par
TiT126
re : Physique : TPE 23-01-07 à 18:59

ah merci coll je commence a comprendre

enfét dans lénoncé il parlait de forc de gravitation et moi je connait F =\frac{GmM}{d²} et g trouver ke cela ressembait vraiment.

Mais alors si ce n'est pas la force gravitationeele comment ils peuvent trouver a quoi est egale Ep ?

La deusiemme chose que je n'est toujour pas compris c'est pourquoi l'enerqie mecanique initial sont egales a l'energie mecanique a un distance infini ?

Posté par
Coll Moderateur
re : Physique : TPE 23-01-07 à 19:11

Oui, ça ressemble...

3$ F\,=\,\frac{GmM}{(R+h)^2}

Cette force, c'est le poids. Et quand on calcule le travail qu'il faut fournir contre le poids, de l'altitude h jusqu'à l'infini, on trouve un travail (ou une énergie fournie)

3$ W \,= \,\frac{GmM}{R+h}

L'énergie potentielle du système Terre-sonde a été augmentée de cette valeur et comme elle vaut zéro (convention !) à l'infini, c'est que à l'altitude h elle vaut :

3$ E_p \,= \,-\frac{GmM}{R+h}

A tout instant au cours du voyage la somme de l'énergie cinétique et de l'énergie potentielle est constante ; l'énergie cinétique diminue de plus en plus et l'énergie potentielle augmente de plus en plus. C'est vrai aussi quand tu lances un caillou en l'air. Quand il a transformé toute l'énergie cinétique que tu lui as donné au départ en énergie potentielle, sa vitesse s'annule et il retombe.

Posté par
TiT126
re : Physique : TPE 23-01-07 à 19:23

ok ok

Ep = \frac{-GmM}{R+h}

Ca c'est une convention ?

Et comme l'energie potentiel vaut 0 cela veut dire que c'est au moment ou la sonde part car l'energie cinétique est maximum ?

Et : Em sol = Em ∞    car avec Em initial l'energie potentel vaut 0 et l'energie cinétique vaut infini donc 0+ =

C'est ca ?

Posté par
boson
re : Physique : TPE 23-01-07 à 19:29

Bonsoir Coll
A l'infini h et la distance sonde terre sont assimilables à priori...

Posté par
Coll Moderateur
re : Physique : TPE 23-01-07 à 19:32

Ce qui est une convention c'est de dire que la constante vaut zéro et donc que l'énergie potentielle vaut zéro à l'infini, ce qui est sa valeur maximale.

L'énergie cinétique est maximale au départ. La somme des deux énergies, qui est constante, doit être positive ou nulle. Si ce n'était pas le cas la sonde ne pourrait pas atteindre "l'infini" puisqu'à l'infini l'énergie potentielle est nulle et qu'il faut pour y arriver avoir encore un peu de vitesse (donc un peu d'énergie cinétique) ; à la limite, y arriver avec une vitesse nulle et une énergie cinérique nulle : dans ce cas l'énergie cinétique au départ serait exactement l'opposée de l'énergie potentielle au départ.

Em sol = Em toujours, l'énergie mécanique est constante du départ à l'infini (du sol à l'infini).

Posté par
Coll Moderateur
re : Physique : TPE 23-01-07 à 19:34

Bonsoir boson
Bien sûr, mais au sol la distance de la sonde au centre de gravité de la Terre n'est pas h = 0 mais est Rt + h = Rt

Posté par
Coll Moderateur
re : Physique : TPE 23-01-07 à 19:48

Le poids à l'altitude z a pour norme

3$\frac{GMm}{(R+z)^2}

pour augmenter la distance à la Terre de la valeur dz (donc pour monter le poids à la valeur z + dz) il faut fournir un travail (qui va augmenter l'énergie potentielle)

3$W =\frac{GMm}{(R+z)^2}dz

Donc l'augmentation d'énergie potentielle depuis l'altitude h jusqu'à l'infini est

3$ \Delta E_P\,=\,\int_h^\infty\frac{GMm}{(R+z)^2}dz\,=\,\frac{GMm}{(R+h)}

et comme, convention, l'énergie potentielle est nulle à l'infini c'est qu'à l'altitude h elle vaut

3$ E_P\,=\,-\frac{GMm}{(R+h)}

Posté par
TiT126
re : Physique : TPE 23-01-07 à 19:54

Alors Ep =\frac{-GmM}{Rt} c une formule il faut pas chercher d'ou elle vient il faut juste appliquer c'est ca ?


Et une autre quéstion :

Comment cela ce fait que dans le calcul il passent de

\frac{1}{2}mV² = Ec + Ep - Ep sol

à :  \frac{1}{2}mV² = -\frac{(-GmM)}{Rt}

Ep je suis d'accord ca vaut 0, -Ep sol ca vaut -\frac{(-GmM)}{Rt} ca ca va mais Ec il devient quoi ? il disparait ? il vaut pas 0 lui vu qu'il est positif, pourquoi on le supprime ?

Posté par
TiT126
re : Physique : TPE 23-01-07 à 20:17

ahh d'accord en faite la formule pour trouver Ep elle provient de la formule pour calculer la force gravitationelle......le probleme c'est que etant en 1er je n'ai pas encore vu les inegrales et je ne comprend pas trés bien ta demonstration...mais je comprend mieu d'ou vient cette formule.

Et pour ma 2e quéstion tu sait pourquoi Ec infini disparait ?

Merci ^^

Posté par
Coll Moderateur
re : Physique : TPE 23-01-07 à 20:26

Quand tu jettes un caillou en l'air, quelle est l'altitude maximale à laquelle il monte ? Celle pour laquelle sa vitesse s'annule, donc pour laquelle son énergie cinétique s'annule.

Pour que la sonde atteigne l'infini il ne faut pas que son énergie cinétique s'annule avant d'y arriver... L'énergie cinétique minimale à lui donner au sol est celle qui permet de s'annuler juste "en arrivant à l'infini". OK ?

Posté par
TiT126
re : Physique : TPE 23-01-07 à 20:40

ahhhhh ok

Juste une petite phrase et j'ai compri lol

En faite on eleve Ec car il vaut 0 au moment ou la sonde arrive sur Mars.
Mais comment cela ce fait....vu que l'energie potentiel tend vers 0 donc elle diminue alors pour que Em reste constante il faut que Ec augment proportionellement......Ec ne peut pas diminué....

Posté par
Coll Moderateur
re : Physique : TPE 23-01-07 à 20:45

Au départ l'énergie potentielle est négative et donc elle augmente jusqu'à sa valeur maximale, atteinte à l'infini, qui est zéro.

Em, l'énergie mécanique est constante :
au départ : énergie cinétique = - énergie potentielle (donc la somme vaut zéro)
à l'arrivée à l'infini : énergie cinétique = énergie potentielle = 0 (donc la somme vaut toujours zéro)

Posté par
TiT126
re : Physique : TPE 23-01-07 à 21:04

ahh daccord ok merci ^^

Posté par
Coll Moderateur
re : Physique : TPE 23-01-07 à 21:18

Je t'en prie
A une prochaine fois !



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