Transcription de la vidéo
Un satellite artificiel tourne autour de la Terre à une vitesse constante, se déplaçant en cercle autour de la Terre. Lequel des schémas suivants montre correctement les forces agissant sur le satellite, avec les forces sont représentées par des flèches noires ? Le satellite est complètement en dehors de l’atmosphère terrestre et n’a pas de moteur. Est-ce l’option (A), (B), (C), (D) ou (E)?
Pour répondre à cette question, nous devons identifier le schéma qui montre correctement les forces agissant sur un satellite en orbite autour de la Terre.
Commençons par reprendre certaines des affirmations de la question. On nous dit que le satellite est complètement en dehors de l’atmosphère terrestre. Cela signifie que le satellite n’est en contact avec rien qui puisse exercer une force de frottement sur lui, comme l’atmosphère. Une force de frottement s’oppose toujours au mouvement de l’objet. Donc, dans ce cas, ce serait dans le sens opposé au vecteur vitesse du satellite comme ceci. On nous dit aussi que le satellite n’a pas de moteur. Un moteur exercerait une force vers l’avant sur le satellite dans le sens de son vecteur vitesse comme ceci. Comme il n’y a pas de frottement ni de moteur, nous savons que le schéma correct ne doit montrer aucune de ces forces. Donc, tout de suite, nous pouvons éliminer les options (C) et (E).
Mais il doit y avoir une sorte de force agissant sur le satellite, sinon il ne se déplacerait pas en cercle autour de la Terre. Pour comprendre pourquoi c’est le cas, nous pouvons penser à la première loi de mouvement de Newton, qui nous dit que le mouvement, et donc le vecteur vitesse, d’un objet ne change que s’il y a une force nette agissant sur l’objet. Rappelons que le vecteur vitesse fait référence à la fois à la vitesse et à la direction de l’objet. Si aucune force nette n’agissait sur le satellite, il se déplacerait à une vitesse constante et dans une direction constante. Cela signifie que le satellite se déplacerait en ligne droite dans l’espace.
Mais ce n’est pas le cas. La direction du mouvement du satellite change constamment, ce qui le maintient sur une trajectoire circulaire autour de la Terre. Puisque la direction du satellite change, son vecteur vitesse doit changer même si sa vitesse est constante. Puisque le vecteur vitesse du satellite change, il doit y avoir une force nette agissant sur le satellite. Cette force nette est fournie par le poids du satellite. Le poids est une force qui, en raison de la gravité, attire des objets vers le centre de la Terre. Nous pouvons représenter le poids avec une flèche comme celle-ci. Il n’y a pas d’autres forces agissant sur le satellite. Nous pouvons voir que cela correspond à l’option (B), qui doit être la bonne réponse à cette question.
Il convient de noter que bien que nous ayons obtenu la bonne réponse en réfléchissant aux forces qui agissent ou non sur le satellite, nous aurions pu utiliser la première loi de Newton pour résoudre ce problème immédiatement. Nous avons déjà dit que pour la première loi de Newton il doit y avoir une force nette agissant sur le satellite. Eh bien, (B) est le seul schéma qui montre cela. Dans les options (A), (C), (D) et (E), il n’existe aucune force nette agissant sur le satellite. Dans l’option (A), il n’y a aucune force agissant sur le satellite. Et dans les réponses (C), (D) et (E), les forces qui agissent sont équilibrées, de sorte que la force nette est toujours nulle. Même si nous n’avions rien su du contexte ou du type de forces agissantt sur le satellite, nous aurions pu utiliser cette règle simple pour déterminer que l’option (B) est la bonne réponse.
