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Physique 3ᵉ

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Gravitation : l’attraction universelle

L’interaction gravitationnelle entre deux masses et ses deux forces, le calcul d’une force avec la loi de gravitation universelle fournie, ce qui fait varier la force (masses, carré de la distance), le poids vu comme la gravitation de l’astre, et le rôle de la gravitation dans le mouvement des astres et des satellites.

À propos de cette page
Trois QCM de 12 questions : le niveau facile sur l’interaction, la formule et ses unités, le niveau moyen sur les facteurs, les conversions et le g d’un astre, le niveau difficile sur les effets combinés, les erreurs d’unité, le canon de Newton et les satellites en orbite.

Les 36 questions du QCM en version texte

Pour réviser sans écran ou imprimer : chaque question avec ses propositions ; la bonne réponse et son explication se déplient.

Niveau facile ★ — 12 questions

  1. La Terre attire la Lune. La Lune, elle…

    • A. n’exerce aucune force sur la Terre
    • B. attire elle aussi la Terre
    • C. repousse la Terre
    • D. n’agit sur la Terre qu’à la pleine lune
    Réponse

    B. attire elle aussi la Terre — L’attraction est mutuelle : la Lune attire la Terre comme la Terre attire la Lune.

  2. La notation F(Terre/Lune) désigne la force exercée…

    • A. par la Lune sur la Terre
    • B. par le Soleil sur la Terre et la Lune
    • C. par l’air entre la Terre et la Lune
    • D. par la Terre sur la Lune
    Réponse

    D. par la Terre sur la Lune — F(A/B) : force exercée par A sur B.

  3. Qui a publié la loi de la gravitation universelle en 1 687 ?

    • A. Isaac Newton
    • B. Galilée
    • C. Nicolas Copernic
    • D. Henry Cavendish
    Réponse

    A. Isaac Newton — Newton, dans ses Principes mathématiques de la philosophie naturelle.

  4. Dans F = G × mA × mB ÷ d², la distance d se mesure…

    • A. entre les surfaces des deux objets
    • B. toujours en kilomètres
    • C. entre les centres des deux objets
    • D. entre le sol et l’objet
    Réponse

    C. entre les centres des deux objets — Toujours entre les centres, en mètres.

  5. Dans cette formule, les masses s’expriment en…

    • A. kilogrammes
    • B. newtons
    • C. grammes
    • D. tonnes
    Réponse

    A. kilogrammes — Les masses en kg, la distance en m, la force en N.

  6. La lettre G de la formule désigne…

    • A. l’intensité de pesanteur
    • B. le poids de l’objet étudié
    • C. la constante de gravitation
    • D. la masse de la planète Terre
    Réponse

    C. la constante de gravitation — G = 6,67 × 10⁻¹¹ N·m²/kg², la même partout dans l’Univers.

  7. Une force de gravitation s’exprime en…

    • A. kilogrammes
    • B. newtons par kilogramme
    • C. mètres
    • D. newtons
    Réponse

    D. newtons — Comme toute force, en newtons (N).

  8. Quand la distance entre deux astres augmente, la force de gravitation…

    • A. augmente
    • B. diminue
    • C. ne change pas
    • D. change de sens
    Réponse

    B. diminue — d est au dénominateur : plus d est grand, plus F est petite.

  9. L’intensité de pesanteur g à la surface d’un astre dépend…

    • A. de la masse de l’objet que l’on pèse
    • B. de la température de l’astre
    • C. de la masse et du rayon de l’astre
    • D. seulement de la distance au Soleil
    Réponse

    C. de la masse et du rayon de l’astre — g = G × M ÷ R² : elle ne dépend que de l’astre (sa masse M et son rayon R), pas de l’objet.

  10. Quelle force retient les planètes autour du Soleil ?

    • A. l’attraction gravitationnelle du Soleil
    • B. la force magnétique du Soleil
    • C. la pression du vent solaire
    • D. la lumière émise par le Soleil
    Réponse

    A. l’attraction gravitationnelle du Soleil — Le Soleil attire chaque planète vers son centre.

  11. Les étoiles d’une galaxie restent rassemblées grâce…

    • A. à la lumière qu’elles émettent
    • B. à des forces de contact
    • C. au vide qui les entoure
    • D. à la gravitation
    Réponse

    D. à la gravitation — La gravitation agit à toutes les échelles, jusqu’aux galaxies.

  12. Une interaction gravitationnelle entre deux objets se modélise par…

    • A. une seule force, sur l’objet le plus léger
    • B. deux forces, une sur chaque objet
    • C. une seule force, sur l’objet le plus massif
    • D. deux forces sur le même objet
    Réponse

    B. deux forces, une sur chaque objet — F(A/B) s’exerce sur B, F(B/A) s’exerce sur A.

Niveau moyen ★★ — 12 questions

  1. Tracée en fonction de la distance, la force de gravitation donne…

    • A. une droite qui descend régulièrement
    • B. une droite horizontale
    • C. une courbe qui baisse lentement, puis vite
    • D. une courbe qui baisse vite, puis lentement
    Réponse

    D. une courbe qui baisse vite, puis lentement — C’est la courbe du cours : la force chute d’abord très vite, puis de plus en plus lentement ; ce n’est pas une droite.

  2. La Terre attire un satellite de 500 kg avec 1 800 N. À la même distance, elle attire un satellite de 1 500 kg avec…

    • A. 5 400 N
    • B. 600 N
    • C. 16 200 N
    • D. 1 800 N
    Réponse

    A. 5 400 N — Masse × 3 → force × 3 : 3 × 1 800 = 5 400 N.

  3. Un satellite est à 42 000 km du centre de la Terre. Dans la formule, d vaut…

    • A. 4,2 × 10⁴ m
    • B. 4,2 × 10³ m
    • C. 4,2 × 10⁷ m
    • D. 4,2 × 10¹⁰ m
    Réponse

    C. 4,2 × 10⁷ m — 42 000 km = 42 000 000 m = 4,2 × 10⁷ m.

  4. Deux boules de 4,0 kg ont leurs centres à 0,50 m. La force entre elles vaut environ…

    • A. 2,1 × 10⁻⁹ N
    • B. 4,3 × 10⁻⁹ N
    • C. 5,3 × 10⁻¹⁰ N
    • D. 4,3 × 10⁻¹¹ N
    Réponse

    B. 4,3 × 10⁻⁹ N — 6,67 × 10⁻¹¹ × 4,0 × 4,0 ÷ 0,50² ≈ 4,3 × 10⁻⁹ N (2,1 × 10⁻⁹ si l’on oublie le carré).

  5. Un satellite passe de 7 000 km à 14 000 km du centre de la Terre. La force exercée par la Terre…

    • A. est divisée par 2
    • B. reste la même
    • C. est divisée par 4
    • D. est divisée par 14
    Réponse

    C. est divisée par 4 — Distance × 2 → force ÷ 2² = 4.

  6. Un astre deux fois plus massif que la Terre, de même rayon, a un g d’environ…

    • A. 9,8 N/kg
    • B. 19,6 N/kg
    • C. 4,9 N/kg
    • D. 39,2 N/kg
    Réponse

    B. 19,6 N/kg — g = G × M ÷ R² : M × 2 → g × 2 = 19,6 N/kg.

  7. La formule F = G × mA × mB ÷ d² s’applique telle quelle à…

    • A. des boules, ou des objets petits devant leur distance
    • B. deux objets quelconques, même collés l’un à l’autre
    • C. seulement les astres du système solaire
    • D. seulement des objets immobiles l’un par rapport à l’autre
    Réponse

    A. des boules, ou des objets petits devant leur distance — Elle vaut pour des objets en forme de boule (astres, boules) ou très petits devant la distance qui les sépare.

  8. La constante G = 6,67 × 10⁻¹¹ N·m²/kg² est minuscule. Conséquence :

    • A. la force entre deux astres est infime
    • B. la gravitation n’agit que dans l’espace
    • C. la force ne dépend pas de la distance
    • D. il faut une masse d’astre pour la sentir
    Réponse

    D. il faut une masse d’astre pour la sentir — Entre deux objets de la vie courante, la force est infime ; elle devient importante dès qu’un des deux objets a une masse d’astre.

  9. Une sonde lointaine, moteurs coupés, loin de toute étoile et de toute planète, se déplace…

    • A. en cercle, autour de son point de départ
    • B. en ligne droite, à vitesse constante
    • C. de plus en plus lentement, jusqu’à l’arrêt
    • D. en revenant peu à peu vers la Terre
    Réponse

    B. en ligne droite, à vitesse constante — Aucune force notable : principe d’inertie, mouvement rectiligne uniforme.

  10. Quand on s’élève en altitude au-dessus de la Terre, g…

    • A. augmente
    • B. reste exactement le même
    • C. devient nul dès 100 km
    • D. diminue
    Réponse

    D. diminue — La distance au centre augmente, donc g = G × M ÷ d² diminue.

  11. Mars est environ 9 fois moins massive que la Terre, mais son g (3,7 N/kg) n’est que 2,6 fois plus faible que sur Terre. Pourquoi ?

    • A. son rayon est plus petit que celui de la Terre
    • B. son atmosphère est très peu épaisse
    • C. elle est plus éloignée du Soleil que la Terre
    • D. ses deux petites lunes l’attirent vers le haut
    Réponse

    A. son rayon est plus petit que celui de la Terre — g = G × M ÷ R² : la masse seule diviserait g par 9, mais le rayon de Mars est presque deux fois plus petit, ce qui divise R² par 3,5 environ.

  12. Que vaut G × 1 000 × 1 000 ÷ 1², avec G = 6,67 × 10⁻¹¹ ?

    • A. 6,67 × 10⁻¹¹
    • B. 6,67 × 10⁻⁸
    • C. 6,67 × 10⁻⁵
    • D. 6,67 × 10¹
    Réponse

    C. 6,67 × 10⁻⁵ — 1 000 × 1 000 = 10⁶ et 10⁻¹¹ × 10⁶ = 10⁻⁵ : deux boules d’une tonne à 1 m s’attirent avec 6,67 × 10⁻⁵ N.

Niveau difficile ★★★ — 12 questions

  1. On double chacune des deux masses et on double la distance. La force…

    • A. reste la même
    • B. double
    • C. est divisée par 2
    • D. est multipliée par 4
    Réponse

    A. reste la même —  × 4 pour les masses, ÷ 4 pour la distance.

  2. Une sonde passe de 15 000 km à 105 000 km du centre d’une planète. La force est…

    • A. divisée par 7
    • B. divisée par 90
    • C. divisée par 49
    • D. divisée par 14
    Réponse

    C. divisée par 49 — Distance × 7 → force ÷ 7² = 49.

  3. Deux boules de 12 cm de rayon sont posées avec 6 cm d’écart entre leurs surfaces. Dans la formule, d vaut…

    • A. 0,06 m
    • B. 0,30 m
    • C. 0,18 m
    • D. 0,24 m
    Réponse

    B. 0,30 m — d se mesure entre les centres : 12 + 6 + 12 = 30 cm, soit 0,30 m.

  4. Le boulet du canon de Newton, lancé sans air à environ 8 km/s…

    • A. retombe au pied de la montagne
    • B. part en ligne droite dans l’espace
    • C. s’arrête et reste immobile en l’air
    • D. fait le tour de la Terre sans la toucher
    Réponse

    D. fait le tour de la Terre sans la toucher — Il tombe aussi vite que le sol « fuit » sous lui : c’est une orbite.

  5. Un astre a la même masse que la Terre, mais un rayon deux fois plus petit. Son g vaut environ…

    • A. 19,6 N/kg
    • B. 4,9 N/kg
    • C. 2,45 N/kg
    • D. 39,2 N/kg
    Réponse

    D. 39,2 N/kg — R ÷ 2 → R² ÷ 4 → g × 4 = 39,2 N/kg.

  6. La Lune attire davantage l’eau des océans…

    • A. du côté de la Terre qui lui fait face
    • B. du côté de la Terre opposé à elle
    • C. de la même façon en tout point
    • D. seulement quand c’est la nuit
    Réponse

    A. du côté de la Terre qui lui fait face — Le côté qui fait face à la Lune est le plus proche : la force y est la plus grande.

  7. Pourquoi la pomme tombe-t-elle vers la Terre, alors que la Terre ne « monte » pas vers la pomme ?

    • A. la Terre attire plus fort que la pomme
    • B. la pomme n’attire pas du tout la Terre
    • C. la Terre est si massive que sa vitesse change à peine
    • D. la Terre est retenue par le Soleil
    Réponse

    C. la Terre est si massive que sa vitesse change à peine — Même force, mais plus la masse est grande, plus la vitesse change lentement.

  8. À quelle distance du centre de la Terre le poids d’un objet est-il divisé par 100 ?

    • A. à 100 rayons terrestres
    • B. à 10 rayons terrestres
    • C. à 50 rayons terrestres
    • D. à 99 rayons terrestres
    Réponse

    B. à 10 rayons terrestres — 10² = 100.

  9. On rapproche deux boules à la moitié de leur distance et on remplace l’une d’elles par une boule deux fois plus légère. La force…

    • A. est multipliée par 2
    • B. est multipliée par 4
    • C. reste la même
    • D. est divisée par 2
    Réponse

    A. est multipliée par 2 — Distance ÷ 2 → force × 4 ; masse ÷ 2 → force ÷ 2 : au total, × 2.

  10. Les centres de la Terre et de la Lune sont à environ 363 300 km au plus près et 405 500 km au plus loin. Au plus près, la force exercée par la Terre est…

    • A. la même qu’au plus loin
    • B. environ 25 % plus grande qu’au plus loin
    • C. environ 25 % plus petite qu’au plus loin
    • D. environ 12 % plus grande qu’au plus loin
    Réponse

    B. environ 25 % plus grande qu’au plus loin — (405 500 ÷ 363 300)² ≈ 1,25 : distance plus petite, force plus grande, selon le carré.

  11. La force de gravitation entre deux objets s’annule…

    • A. dès qu’on sort de l’atmosphère
    • B. au-delà de 1 000 km de distance
    • C. jamais : elle diminue sans s’annuler
    • D. quand les objets sont immobiles
    Réponse

    C. jamais : elle diminue sans s’annuler — Elle diminue comme 1 ÷ d², mais ne devient jamais nulle.

  12. F = 6,67 × 10⁻¹¹ × 6,0 × 10²⁴ × 10 ÷ (6,4 × 10⁶)² vaut environ…

    • A. 9,8 N
    • B. 9,8 × 10⁴ N
    • C. 6,3 × 10¹⁸ N
    • D. 98 N
    Réponse

    D. 98 N — C’est la force exercée par la Terre sur 10 kg posés au sol : son poids, environ 98 N.

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