Mouvements et référentiels

[darkomac]

Bonjour à tous,
Je me présente rapidement, je suis actuellement en Seconde et j'ai des questions que la prof ne peut pas répondre (c'est n'est certainement pas du niveau de seconde mais ça m'intéresse beaucoup).
Sans me vanter , je suis le meilleur de ma classe en physiques et maths. (le français est une autre histoire )
Je voudrai savoir, on nous dit en cours, les corps célestes dans l'espace sont attirés par les planètes qui est donc la force d'attraction gravitationnelle. Ce qui est aussi dit, c'est que plus les corps célestes sont grands, plus leurs gravités sont fortes.
Mais c'est une constatation ça, on a vu que ça et ça.. On ne dit pas d'où provient cette gravité.
Une autre question étant passionné d'astronomie, en cours, ils disent que le mouvement des planètes est circulaire autour du Soleil. Mais si je ne me trompe pas, selon la théorie de la relativité générale d'Einstein, les corps célestes se déplacent de façon rectiligne mais sont "déviées" à cause de la déformation de l'espace-temps (j'espère que je n'ai pas dit de bêtises).
Merci à vous d'avance !
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[Amanuensis]

Essayons...

Je voudrai savoir, on nous dit en cours, les corps célestes dans l'espace sont attirés par les planètes qui est donc la force d'attraction gravitationnelle. Ce qui est aussi dit, c'est que plus les corps célestes sont grands, plus leurs gravités sont fortes.

Dit comme cela c'est ambigu, donc potentiellement faux.

Deux cas : Plus un corps céleste est massif plus l'accélération due à la gravité qu'il exerce (dont la force de gravitation qu'il exerce sur on objet donné) à une distance donnée du centre est grande.

Autre cas : Plus un corps céleste est grand en rayon, plus l'accélération due à la gravité à sa surface (le 1 g pour la Terre) est faible à masse égale, ou est forte à masse volumique égale. (Comme la gamme des masses volumiques est assez faible pour les planètes, 0.8 à 5.5 tonnes par mètre cube, on est plutôt proche du second cas en général.)

Mais c'est une constatation ça, on a vu que ça et ça.. On ne dit pas d'où provient cette gravité.

Oui. Mais c'est ça la physique !

Une autre question étant passionné d'astronomie, en cours, ils disent que le mouvement des planètes est circulaire autour du Soleil. Mais si je ne me trompe pas, selon la théorie de la relativité générale d'Einstein, les corps célestes se déplacent de façon rectiligne mais sont "déviées" à cause de la déformation de l'espace-temps (j'espère que je n'ai pas dit de bêtises).

Le mot "rectiligne" n'a pas le même sens dans le contexte de la RG que dans la vie courante. Le terme propre est "géodésique", et la différence la plus importante est qu'on parle de la ligne suivie en 4D, et non pas de la ligne en 3D (celle dont il est question dans la notion de mouvement circulaire).

Pour comprendre la RG, il faut d'abord s'imprégner des géométries non euclidiennes, des géométries dans lesquelles les "droites" (géodésiques) n'ont pas les propriétés usuelles, où on peut avoir des triangles dont la sommes des angle vaut pi/3 ou 3pi, et autres "bizarreries".

[invite219f1f65]

Salut,

On ne dit pas d'où provient cette gravité.

Selon la théorie, c'est le graviton qui serait à l'origine du phénomène de la gravitation.

en cours, ils disent que le mouvement des planètes est circulaire autour du Soleil. Mais si je ne me trompe pas, selon la théorie de la relativité générale d'Einstein, les corps célestes se déplacent de façon rectiligne mais sont "déviées" à cause de la déformation de l'espace-temps

Les corps suivent une trajectoire dans l'espace, mais cet espace peut être déformé par la présence de masse. C'est ce que font le Soleil et les planètes. En revanche la trajectoire d'un objet en orbite n'est pas circulaire, mais elliptique

Edit : grillé

[bb98]

Bonjour et bienvenue !

, on nous dit en cours, les corps célestes dans l'espace sont attirés par les planètes qui est donc la force d'attraction gravitationnelle. Ce qui est aussi dit, c'est que plus les corps célestes sont grands, plus leurs gravités sont fortes.
Mais c'est une constatation ça, on a vu que ça et ça.. On ne dit pas d'où provient cette gravité.

Excellente remarque, bravo !

C'est exactement le reproche que l'on fit, à l'époque à Newton
Newton avait bien décrit le mouvement des astres, en proposant une "force" qui s'exerçait entre les corps
"Mais d'où provient donc cette force ? " lui rétorquèrent ses contradicteurs. Et le grand Newton ne sut répondre...

Il fallut attendre Einstein pour qu'un autre grand penseur propose que les corps déforment, par leur seule présence, l'espace temps. Les corps ne font alors que suivre les "géodésiques d'espace temps", les lignes de moindre énergie. Il n'y a dans cette description plus de force mystérieuse entre les corps.

Attention !
- Einstein ne dit non plus pas "pourquoi" les corps déforment l'espace temps
-Einstein ne dit pas que "Newton a tord", Einstein est simplement plus exacte dans sa description

Par exemple : les sondes interplanétaires ont des trajectoires parfaitement décrites par les lois de Newton, dans la mesure où :
-elles ne vont pas trop vite
-elles ne s'approchent pas trop d'un corps très massif

Chaque théorie a son domaine de validité et ne détruit pas les anciennes descriptions qui restent valables dans leur domaine de validité.
On dit, en épistémologie, que la science tend vers l'exactitude et non pas vers une vérité

Bonnes lectures

[A voir en vidéo sur Futura]

[darkomac]

Déjà merci de vos réponses très enrichissantes !

Les corps suivent une trajectoire dans l'espace, mais cet espace peut être déformé par la présence de masse. C'est ce que font le Soleil et les planètes. En revanche la trajectoire d'un objet en orbite n'est pas circulaire, mais elliptique

Oups, je voulais dire elliptique mais je me suis trompé en écrivant

Merci bien, j'en connais un peu plus maintenant J'aime vraiment l'astronomie, le seul truc qui me décourage vraiment à me tourner vers cette voie dans les études supérieures, ce n'est pas le nombre d'années d'études mais le nombre de personnes recrutées chaque année et les débouchés qui y sont faibles.

Je n'hésiterai pas à refaire appel à cette communauté si j'ai d'autres questions, dans vos réponses, on voit que vous êtes tous passionnés

[phys4]

Mais c'est une constatation ça, on a vu que ça et ça.. On ne dit pas d'où provient cette gravité.

Bonjour,
tout ce que l'on peut dire c'est que l'accélération produite par un corps massif varie comme M/D²
masse et distance au carré

Une autre question étant passionné d'astronomie, en cours, ils disent que le mouvement des planètes est circulaire autour du Soleil. Mais si je ne me trompe pas, selon la théorie de la relativité générale d'Einstein, les corps célestes se déplacent de façon rectiligne mais sont "déviées" à cause de la déformation de l'espace-temps (j'espère que je n'ai pas dit de bêtises).
Merci à vous d'avance !

Les mouvements ont été mesurés avec précision par Kepler en premier, qui a trouvé que les orbites étaient des ellipses. Newton a su en déduire la loi d'attraction en carré de l'inverse de la distance.
Bien sur cela n'est qu'une approximation et la relativité produit une distorsion faible, mais mesurable dans le système solaire, de l'orbite des planètes.

[darkomac]

Les mouvements ont été mesurés avec précision par Kepler en premier, qui a trouvé que les orbites étaient des ellipses. Newton a su en déduire la loi d'attraction en carré de l'inverse de la distance.
Bien sur cela n'est qu'une approximation et la relativité produit une distorsion faible, mais mesurable dans le système solaire, de l'orbite des planètes.

Je pense que tu as forcément raison mais je me lance, Einstein dit que les planètes se déplacent en "ligne droite" à une vitesse constante par rapport à l'espace-temps, donc un observateur ayant comme référentiel la Terre voit le mouvement des planètes qui est elliptique qui viendrai d'une déformation de l'espace-temps autour du Soleil.

Newton et Einstein avait donc deux théories différentes qui arrivaient au même résultat ?

Je crois que je dis n'importe quoi mais je suis ici pour apprendre

[phys4]

Les deux théories donnent des résultats très voisins. La théorie de Newton a été satisfaisante pendant 3 siècles par rapport à la précision de mesure.

La relativité a permis d'expliquer un très petit décalage angulaire du mouvement de Mercure, le décalage de l'orbite de Mars a aussi été vérifiée plus tard.
La première vérification de la déviation de la lumière en 1920 a demandé une précision de la seconde d'angle.

La théorie de Newton est donc une excellente approximation, par laquelle il faut commencer pour bien comprendre les mouvements célestes.

[darkomac]

Les deux théories donnent des résultats très voisins. La théorie de Newton a été satisfaisante pendant 3 siècles par rapport à la précision de mesure.

La relativité a permis d'expliquer un très petit décalage angulaire du mouvement de Mercure, le décalage de l'orbite de Mars a aussi été vérifiée plus tard.
La première vérification de la déviation de la lumière en 1920 a demandé une précision de la seconde d'angle.

La théorie de Newton est donc une excellente approximation, par laquelle il faut commencer pour bien comprendre les mouvements célestes.

Merci pour ces précisions, le cours sur les mouvements des planètes est très basique et imagé en seconde, c'est très intéressant de s'informer auprès des autres sur des sujets aussi vastes que passionnants

[Amanuensis]

les planètes se déplacent en "ligne droite" à une vitesse constante par rapport à l'espace-temps

C'est à la fois faux et correct. Correct parce qu'on pourrait interpréter chaque mot ou expression pour que cela "colle" à ce qu'enseigne la relativité générale (RG). Faux parce que dans un tel raccourci tous les mots et expressions vont être compris de travers.

La RG enseigne que :

1) Les objets en chute libre (comme les planètes) ont comme ligne d'Univers une géodésique de l'espace-temps ; faut comprendre ces mots-là (et non pas "se déplacer une ligne droite") pour comprendre de quoi on parle. J'ai volontairement mis dans les termes techniques : s'ils ne sont pas clairs, faut apprendre ce qu'ils signifient.

2) Il y a une notion de 4-vitesse utilisée en RG, qui est différente de la vitesse "usuelle"; en particulier elle a 4 composantes, et non pas 3 comme la vitesse usuelle.

3) Le long d'une géodésique, la 4-vitesse a une pseudo-norme constante, typiquement normalisée à 1. Là encore, c'est en termes techniques, dont la compréhension est nécessaire.

, donc un observateur ayant comme référentiel la Terre voit le mouvement des planètes qui est elliptique qui viendrai d'une déformation de l'espace-temps autour du Soleil.

La notion de "déformation" est techniquement la courbure de l'espace-temps, une quantité complexe qui est nulle dans le cas de la géométrie euclidienne. La RG permet de présenter les trajectoires d'objets en chute libre comme affectées par cette courbure. De même que la courbure non nulle (ce n'est pas un scalaire) indique une différence avec la géométrie euclidienne, de même ces trajectoires diffèrent de la notion de "ligne droite" qui est présentée en géométrie euclidienne.

Newton et Einstein avait donc deux théories différentes qui arrivaient au même résultat ?

La gravitation de Newton est une approximation de la RG. Le résultat est différent, mais la gravitation de Newton est une excellente approximation pour le mouvement des planètes : les erreurs sont très petites et détectables seulement avec des mesures très précises. L'exception majeure a été la trajectoire de Mercure, qu'on savait ne pas être expliquée correctement par la gravitation de Newton avant même la conception de la RG.

[invitee6f0086a]

Sur cette vidéo ,initialement un simulateur de trou noir (simulation fausse, car un TN n’aspire pas la matière), on comprend peut-être un peu mieux la gravitation.

A la place de la pièce, tu mets une bille (représentant la Terre), et au centre, tu imagines le Soleil, qui justement courbe l’espace/temps, représenté par la déformation de la plaque noire.

Si on considère que les frottements de la bille sur la plaque et les frottements de l’air sont égaux à zéro, alors la bille, une fois lancée, « gravitera » toujours autour du centre, tout comme la Terre autour du Soleil.

Ici, il n’y a aucune force qui attire la bille vers le centre, c’est la courbure de la plaque qui fait tourner la bille.

Alors, peut-on dire que la bille suit une trajectoire rectiligne, je ne sais pas, car le mot « rectiligne » sur un plan incurvé me rend perplexe.

[invite80fcb52e]

Ici, il n’y a aucune force qui attire la bille vers le centre, c’est la courbure de la plaque qui fait tourner la bille.

C'est faux. La bille tourne parce qu'elle subit une force radiale vers le centre. Cette force c'est la réaction de la surface de l'entonnoir. Cette réaction oblique compense la force de gravité verticale, mais rien ne compense sa composante horizontale. C'est donc en fait à cause de la gravité de la terre et parce que la composante horizontale de la réaction du support est toujours dirigée vers le centre (forme entonnoir) que la bille tourne!
C'est donc quand même fondamentalement différent de la gravité au sens RG puisque dans ce dernier cas il n'y a vraiment aucune force qui modifie le mouvement.
Par contre ça ressemble beaucoup plus au concept de gravité à la Newton car ici on arrive à avoir des orbites avec juste une force centrale et en donnant une vitesse initiale. En fait c'est vision qui est sensé représenter l'espace-temps ne fait que refléter la dynamique de Newton!

[invitee6f0086a]

Je voyais la chose différemment.

Effectivement, c’est grâce à une composante de la gravité, qui compense la force centripète, que la bille tourne sans tomber.

J’ai souvent entendu dire qu’en RG, la gravité n’était pas une force.

La masse du Soleil déforme l’espace-temps, et la Terre en suivant cette déformation, tourne autour de celui-ci.

Alors pourquoi il n’y aurait pas d’analogie avec la bille ?

L’entonnoir symbolise la gravité qui n’est pas une force, et la bille suit la courbure de l’entonnoir.

Je sais bien que la bille subit deux forces opposées, cette simulation est juste pour se représenter la gravitation (en RG), un peu comme le schéma en trois D qui donne une idée d’un trou noir.

Je trouvais l’analogie entre la déformation de l’entonnoir et la courbure de l’espace-temps sympa.

[invite80fcb52e]

Alors pourquoi il n’y aurait pas d’analogie avec la bille ?

J'ai pas dit qu'il n'y a pas d'analogie avec la bille. Il y en a une, mais de façon plus artificielle car c'est en fait la gravité de la Terre et la forme de l'entonnoir qui fait que la bille suit une "géodésique" de l'entonnoir, c'est pas vraiment la bille qui a été tout droit au sens géodésique.

Si on reprend l'exemple d'une sphère, quelqu'un qui va tout droit, fera une ellipse (voire un cercle) pour quelqu'un qui observe depuis cette sphère. Par exemple si quelqu'un se promène sur l'équateur, en suivant la géodésique de la surface de la Terre, on le verra faire une ellipse autour de nous, le périastre (endroit le plus proche) étant quand il se trouve sur le même méridien que nous et l'apoastre (endroit le plus loin) quand il est sur le méridien opposé. Quelqu'un aux pôles le verra faire un cercle.

[Amanuensis]

La discussion a été détournée. Pas très sympa pour celui qui l'a initiée, qui est un nouveau venu...

[invite80fcb52e]

La discussion a été détournée. Pas très sympa pour celui qui l'a initiée, qui est un nouveau venu...

Il a eu ses réponses je crois...

[Amanuensis]

Il a eu ses réponses je crois...

Jamais simple, ce problème. Quel est le risque de dégoûter un nouvel entrant si la première discussion qu'il lance est déroutée rapidement dans un dialogue dont il n'est que spectateur ? Je n'ai pas de réponse, je constate le phénomène et m'interroge sur les conséquences.

[Et, malheureusement, mon intervention même cause un autre détournement... J'arrête donc, considérant que ce que j'ai écrit est suffisamment clair.]

[invitee6f0086a]

La discussion a été détournée. Pas très sympa pour celui qui l'a initiée, qui est un nouveau venu...

Ah bon !

Il me semble que darkomac voulait des précisions sur la gravité et la déformation de l’espace – temps.

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Merci gloubis

[darkomac]

Étant aussi un grand "forumeux", je comprends parfaitement vos réactions, chacun donne un point de vue personnel qui est presque le but d'un forum.
Grâce à vous, j'ai eu réponse à mes questions, je n'hésiterai pas à revenir, avoir des réponses claires écrites par des personnes compétentes avec un bon français, si tous les forums étaient pareils..
J'apporterai mon aide dans la section "Informatique" du forum et je posterai dans cette section quand j'aurai une question
Merci beaucoup, l'astronomie est un sujet tellement vaste qui mérite d'être débattu, mais je pense que vous êtes mieux placés que moi pour en parler.
A bientôt !

[darkomac]

Bonjour,
J'ai encore une question, je ne veux pas ouvrir un nouveau topic juste pour ça alors je post ça ici.
Nous faisons actuellement un chapitre sur la force d'attraction gravitationnelle.
J'ai une question qui peux paraître bête mais je me lance:
On a vu ces formules en cours de Newton :
et
C'est donc pour calculer la force d'attraction gravitationnel que la Terre ou autre exerce sur nous. Mais dans cette formule, on remarque qu'il n'y a aucune vitesse(personne immobile). Mais si par exemple, une personne est en chute libre à la hauteur des nuages, pendant sa chute, il aura une vitesse, donc le résultat sera-t-il différent ?
PS: Si je ne me trompe pas, c'est simplement une théorie non ? Si un jour, je devais voir la relativité générale, ce serai en opposition à la loi de Newton puisque l'un dit que c'est quantique et l'autre une "déformation" de l'espace-temps ?

[Deedee81]

Salut,

Mais si par exemple, une personne est en chute libre à la hauteur des nuages, pendant sa chute, il aura une vitesse, donc le résultat sera-t-il différent ?

Non, il est le même (au moins en physique newtonienne, il y a des différences en RG, infimes pour la Terre et les vitesses habituelles).

Le poids reste le même et c'est pour ça qu'en chute libre la personne continue d'accélérer (à g).

PS: Si je ne me trompe pas, c'est simplement une théorie non ?

Exact, comme toute théorie/modèle : valide dans un certain domaine avec un certain degré de précision.

Si un jour, je devais voir la relativité générale, ce serai en opposition à la loi de Newton puisque l'un dit que c'est quantique et l'autre une "déformation" de l'espace-temps ?

Attention, la théorie de Newton ne dit pas que c'est quantique (la physique quantique date de moins d'un siècle). Elle modélise l'attraction gravitationnelle comme une force instantanée à distance. Et oui la RG la modélise comme une déformation de l'espace-temps.

Les deux théories ne sont pas strictement incompatibles :
- A faible gravitation, faible vitesse la RG donne les mêmes résultats que Newton
- Le langage est différents (la traduction n'étant pas toujours triviale).

[darkomac]

Merci beaucoup de ta réponse !
C'est juste si on dit ceci : "Plus notre vitesse est importante, plus notre masse est importante mais notre poids reste inchangé" ?

Je ne comprends pas pourquoi nous sommes même pas informé que ce cours repose sur une théorie que le professeur ne maîtrisent pas tellement où il ne veut pas me répondre pour ne pas embrouiller les autres, je ne sais pas mais c'est la raison pour laquelle je suis venu sur ce forum pour avoir des réponses à mes questions.

[Amanuensis]

C'est juste si on dit ceci : "Plus notre vitesse est importante, plus notre masse est importante

J'espère qu'on ne vous enseigne pas cela en cours ! C'est une phrase dangereuse, fausse si on ne comprend pas pourquoi elle a été proposée dans le passé et comment on la reformule aujourd'hui.

mais notre poids reste inchangé" ?

Le poids ne dépend pas, dans le modèle de Newton (la mécanique classique enseignée au lycée), de la vitesse relative entre les deux masses.

Je ne comprends pas pourquoi nous sommes même pas informé que ce cours repose sur une théorie

Cela demande de percevoir la science d'une manière qui rendrait les choses compliquées pour la plupart des élèves. Au lycée sont enseignées des formules pratiques ayant un très vaste domaine d'applications pour les phénomènes dans la vie courante. C'est déjà un but honorable !

que le professeur ne maîtrisent pas tellement

C'est peut-être un jugement un peu superficiel, ça, non ?

[darkomac]

C'est peut-être un jugement un peu superficiel, ça, non ?

Oui peut être, mais c'est ça première année en tant que professeur et elle a beaucoup de mal à s'exprimer quand elle veut expliquer. Peut être qu'elle connait la réponse mais elle n'arrive pas à la dire.
Quand je lui ai posé une des questions que je post ici, elle me répond en paniquant : "Ba eh donc, eh,.."

J'espère qu'on ne vous enseigne pas cela en cours ! C'est une phrase dangereuse, fausse si on ne comprend pas pourquoi elle a été proposée dans le passé et comment on la reformule aujourd'hui.

Quand j'ai posé cette question, je voyais qu'elle n'arrivait pas à répondre et elle a conclu par un "oui"

[Amanuensis]

Quand j'ai posé cette question, je voyais qu'elle n'arrivait pas à répondre et elle a conclu par un "oui"

Cela est répété peut-être plusieurs fois par mois sur le forum : au sens moderne, la masse n'augmente pas avec la vitesse (c'est un invariant). Par contre l'inertie augmente avec la vitesse. (Et l'inertie est ce qui intervient dans le "PFD", qu'il faudrait enseigner comme Force = Inertie x Accélération. En mécanique classique, l'inertie est mesurée par la masse ; pas en physique relativiste. D'où la confusion.)

[invite80fcb52e]

Quand je lui ai posé une des questions que je post ici, elle me répond en paniquant : "Ba eh donc, eh,.."

Ca doit être une chimiste alors les questions de physique elle galère un peu plus...

[darkomac]

@Amanuensis, Je vais étudier ton message, merci
@Gloubiscrapule, Surement oui, elle a du tricher à l'exam de Physiques

[darkomac]

C'est bon, je comprends tout maintenant
On a fait l'inertie ce matin et ça va mieux, malgré son problème à répondre quand je pose des questions.
J'avais demandé si par exemple, quand on lâche une boule dans un satellite (en essayant de la rendre immobile) si son mouvement est influencé par le mouvement du satellite causé par l'attraction de la Terre. Elle ma répondu qu'elle restait immobile sans vraiment donner d'explication.

[Amanuensis]

J'avais demandé si par exemple, quand on lâche une boule dans un satellite (en essayant de la rendre immobile) si son mouvement est influencé par le mouvement du satellite causé par l'attraction de la Terre. Elle ma répondu qu'elle restait immobile sans vraiment donner d'explication.

Elle reste immobile par rapport au satellite (en première approximation), elle est en orbite par rapport à la Terre, sous l'influence de l'attraction terrestre. Le mouvement de la boule n'est pas affecté par le satellite, il se trouve juste que les deux suivent la même orbite et sont donc immobiles l'un par rapport à l'autre. Ils se déplacent "de concert" et un humain qui choisit comme référence le satellite (par exemple parce que dans le satellite !) considèrera la boule immobile, sous-entendu relativement à lui-même.

La leçon essentielle est que les notions de mouvement et d'immobilité sont relatives. (Ce qui ne veut pas dire la Relativité Restreinte, mais le principe de relativité en général. En mécanique classique on l'appelle la relativité galiléenne.)

[darkomac]

Et bien, merci pour ces précisions !
Encore désolé pour toutes ces questions, mais c'est passionnant d'étudier un sujet comme ça