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| Photo Rodolfo Belloli |
Étant donné que l’on constate chaque jour que les objets
tombent sur la Terre quand on les lâche, on peut se demander pourquoi il ne se
passe pas la même chose pour les satellites et autres objets dans l’espace.
Pourtant, le phénomène qui maintient les satellites en l’air est plus habituel qu’il ne semble, et ne nécessite pas forcément d’être passé pour une terminale S et d’avoir travaillé tous les sujets d’annales pour être compris !
Il suffit de penser à ce qui se passe quand on lance un objet à quelqu’un, ou dans une direction donnée : on donne alors à l’objet une vitesse en partie horizontale.
Pourtant, le phénomène qui maintient les satellites en l’air est plus habituel qu’il ne semble, et ne nécessite pas forcément d’être passé pour une terminale S et d’avoir travaillé tous les sujets d’annales pour être compris !
Il suffit de penser à ce qui se passe quand on lance un objet à quelqu’un, ou dans une direction donnée : on donne alors à l’objet une vitesse en partie horizontale.
La vitesse horizontale se conserve
Une loi physique (deuxième loi de Newton, ou Principe
Fondamental de la Dynamique) nous indique que ce qui modifie la vitesse d’un
objet, ce sont les forces qui s’exercent sur lui. Une fois l’objet lancé, il
subit principalement l’attraction de la Terre (Force d’interaction
gravitationnelle), qui attire l’objet vers le sol.
Mais cette force s’exerce verticalement : elle change donc la vitesse verticale de l’objet, mais pas sa vitesse horizontale. Ainsi, si on suit la verticale de l’objet par rapport au sol, elle se déplace toujours à la même vitesse. Ce qui l’empêche de continuer à avancer, c’est le fait qu’il finit par toucher le sol.
Mais cette force s’exerce verticalement : elle change donc la vitesse verticale de l’objet, mais pas sa vitesse horizontale. Ainsi, si on suit la verticale de l’objet par rapport au sol, elle se déplace toujours à la même vitesse. Ce qui l’empêche de continuer à avancer, c’est le fait qu’il finit par toucher le sol.
Et sur des trajectoires longues ?
Imaginons maintenant qu’on lance l’objet tellement fort que
sa vitesse horizontale soit suffisante pour qu’on ne puisse plus négliger le
fait que la Terre est ronde. Alors, au moment où il aurait dû toucher le sol,
il est encore à distance, puisque le sol est plus bas qu’au point de départ.
Comme l’objet s’est déplacé significativement autour de la Terre, la verticale a aussi changé, et l’on se retrouve dans une situation proche de la situation de départ : une nouvelle vitesse horizontale va être conservée.
Le phénomène va pouvoir se poursuivre en continu, jusqu’à ce que l’objet touche enfin le sol… s’il le touche un jour.
Comme l’objet s’est déplacé significativement autour de la Terre, la verticale a aussi changé, et l’on se retrouve dans une situation proche de la situation de départ : une nouvelle vitesse horizontale va être conservée.
Le phénomène va pouvoir se poursuivre en continu, jusqu’à ce que l’objet touche enfin le sol… s’il le touche un jour.
Les satellites ne touchent jamais le sol
En effet, si le lancer initial est suffisamment
puissant, l’objet va être capable de faire un tour complet de la Terre, et de
poursuivre indéfiniment sa trajectoire.
À noter : c’est bien la force d’attraction de la Terre qui donne sa trajectoire circulaire au satellite : sinon, il continuerait sa route en ligne droite. La force d’attraction le maintient donc à proximité de la Terre.
En pratique, le satellite finirait par toucher la Terre à cause des frottements de l’air de l’atmosphère, qui modifient sa vitesse horizontale : ils le ralentissent. C’est pourquoi ils sont généralement équipés de moteurs pour corriger leur trajectoire.
Ce qui n’est pas nécessaire pour la Lune ! Elle est située dans une zone où il n’y a plus d’atmosphère, donc plus de frottements : elle peut poursuivre sa rotation indéfiniment.
À noter : c’est bien la force d’attraction de la Terre qui donne sa trajectoire circulaire au satellite : sinon, il continuerait sa route en ligne droite. La force d’attraction le maintient donc à proximité de la Terre.
En pratique, le satellite finirait par toucher la Terre à cause des frottements de l’air de l’atmosphère, qui modifient sa vitesse horizontale : ils le ralentissent. C’est pourquoi ils sont généralement équipés de moteurs pour corriger leur trajectoire.
Ce qui n’est pas nécessaire pour la Lune ! Elle est située dans une zone où il n’y a plus d’atmosphère, donc plus de frottements : elle peut poursuivre sa rotation indéfiniment.
