Transcription de la vidéo
Un grain de poussière d’une masse de 0,22 g se trouve à une distance de 1 250 m d’un petit morceau de glace d’une masse de 1,5 g. Les deux objets sont situés dans un espace profond, extrêmement loin d’une étoile ou d’un autre objet. La force gravitationnelle que les objets exercent les uns sur les autres est négligeable, tout comme la force gravitationnelle exercée sur le grain de poussière ou le fragment de glace par tout autre objet. Laquelle de ces affirmations concernant l’énergie potentielle gravitationnelle du grain de poussière et du fragment de glace est correcte ? (A) Les énergies potentielles gravitationnelles des deux objets sont nulles. (B) Les énergies potentielles gravitationnelles des deux objets sont égales et non nulles. Ou (C) les énergies potentielles gravitationnelles des deux objets sont non nulles, mais elles ne sont pas égales.
Pour répondre à cette question, commençons par rappeler brièvement que nous pouvons utiliser l’énergie potentielle gravitationnelle, ou EPG, pour calculer les variations de l’énergie d’un objet dans un champ gravitationnel. Nous pouvons également rappeler que l’énergie potentielle gravitationnelle transférée pour augmenter la hauteur de la position d’un objet de ℎ est donnée par l’EPG égal à 𝑚𝑔ℎ, avec 𝑚 la masse de l’objet et 𝑔 l’intensité du champ gravitationnel à la position de l’objet.
Notez que ces descriptions qualitatives et quantitatives de l’EPG font référence à un champ gravitationnel. C’est la clé pour répondre à cette question. Pour nous aider à réfléchir davantage, libérons de la place sur l’écran.
Ici, nous examinons deux petits objets dans l’espace lointain. On nous a dit que leur influence gravitationnelle l’un sur l’autre est négligeable, ou essentiellement nulle. Nous savons donc que ces objets sont trop petits et trop éloignés pour s’influencer gravitationnellement. Et il serait incorrect de penser que l’un ou l’autre objet possède une énergie potentielle due à son propre champ gravitationnel. Donc, bien que, oui, un seul grain de poussière produise un champ gravitationnel très faible, mais pas nul, nous devons nous rappeler que l’EPG d’un objet est toujours mesurée par rapport à une autre position dans le champ. Et un objet ne peut pas bouger par rapport à son propre champ gravitationnel.
Maintenant, on nous a également dit qu’il y a une influence gravitationnelle négligeable, ou essentiellement nulle, sur les deux objets de la part de tout autre objet, car ils sont isolés dans l’espace lointain. Nous pouvons donc dire qu’il n’y a pas de champ gravitationnel externe autour de l’objet ou, plus précisément, que la force du champ est nulle. Avec une force de zéro, le champ ne peut pas exercer son influence. Et aucune énergie potentielle gravitationnelle ne peut être transférée à un objet.
Notez que si nous essayons d’utiliser un champ de zéro dans la formule de l’EPG, l’expression entière est simplement égale à zéro. Par conséquent, la meilleure réponse est (A). Les énergies potentielles gravitationnelles des deux objets sont nulles.
