Impesanteur

[Geoffrey77z]

Bonjour,

Avant toute chose je tiens à dire que je suis nouveau sur ce forum et j'espère donc poster mon message au bon endroit.

Je rentre en L1 cette année dans le but de poursuivre en L2 de physique, matière qui m'a toujours passionnée.
J'ai donc commencé, en avance, à me renseigner sur le programme de mécanique newtonienne. Cependant la notion d’apesanteur me pose quelques soucis.

D'après Wikipédia : "L'impesanteur est ressentie lorsque l'accélération subie égale la gravité, ce qui recouvre aussi le cas où le champ de gravité serait quasiment nul".
Mes questions sont les suivantes :

- Qu'entend Wikipédia par "l'accélération subie égale la gravité" (formule) ? Et comment l'accélération peut-elle égalée la gravité ? Cela me semble assez abstrait.

- "cas où le champ de gravité serait quasiment nul" Le champ de gravité peut-être quasiment nul sur Terre ? Et si oui, où ?

- Je ne comprends pas pourquoi l'on dit que les objets en chute libre sont en impesanteur non plus... S'ils sont en chute libre c'est qu'ils ne sont soumis qu'à leur poids P et donc que le champ de gravité n'est pas nul. Et je ne vois pas en quoi l'accélération subie égale la gravité.
Dernière chose à propos de l'impesanteur en chute libre, j'ai bien compris que nous ne ressentons pas l'impesanteur en chute libre sans cabine car nous subissons les frottements de l'air, mais en quoi cela diffère en cabine ? Il y a également de l'air et donc nous devrions également être soumis à ces frottements ?

Voilà, j'espère que vous pourrez m'éclairer, n'hésitez pas à me demander plus de précisions si je n'ai pas été assez clair sur une de mes questions.
Merci d'avance
-----

[LPFR]

Bonjour et bienvenu au forum.
Un corps qui est en chute libre est accéléré de ‘g’ et se trouve donc en impesanteur.
(C’est à l’arrivé que ça fait mal ).
Ils sont toujours soumis à l’accélération terrestre (et c’est bien pour cela qu’ils accélèrent).
Ainsi, dans les « vols à zéro g » l’avion décrit le mouvement parabolique qui décrirait un projectile en chute libre. Les occupants « flottent » à l’intérieur de la cabine. Comme vous l’avez sûrement vu à la télé.
Ça ne dure que quelques dizaines de secondes. Puis c’est la reprise pour arrêter la vitesse de chute.

Sur terre le champ de gravité n’est nul nulle part. Sauf, théoriquement, au centre de la terre (donc sous terre).
Au revoir.

[Nicophil]

- Je ne comprends pas pourquoi l'on dit que les objets en chute libre sont en impesanteur non plus... S'ils sont en chute libre c'est qu'ils ne sont soumis qu'à la force gravitationnelle et donc que le champ de gravité n'est pas nul.

Oui, donc... ne pas confondre (absence de) pesanteur et (absence de) gravité.

Dernière chose à propos de l'impesanteur en chute libre, j'ai bien compris que nous ne ressentons pas l'impesanteur en chute libre sans cabine car nous subissons les frottements de l'air, mais en quoi cela diffère en cabine ? Il y a également de l'air et donc nous devrions également être soumis à ces frottements ?

La chute libre digne de ce nom, c'est dans le vide, comme un grand.
S'il y a de l'air donc des forces de frottement, c'est de la triche et ça se complique...

[Resartus]

La loi de newton dit que sous l'action d'une force, un corps subit une accélération égale à F/m. La force de gravité exerce sur chaque corps une force P=mg
où g est la gravité au point considéré. Donc en l'absence d'autres forces, la gravité entraîne une accélération indépendante de la masse. C'est pourquoi on parle d'accélération de la gravité, qui à la surface de terre vaut environ 9,81 m/s^2 (ce qui est bien une accélération).
C'est pour cela que dans le vide (par exemple sur la lune) tous les corps tombent à la même vitesse quelle que soit leur masse. C'est un peu faux sur terre à cause des frottements de l'air
Si maintenant on est dans un gros objet (par exemple un ascenseur, c'est toujours l'exemple qu'on prend) qui tombe en chute libre, comme vous tombez exactement à la même vitesse tout se passe comme si vous ne subissiez aucune force (on peut aussi dire que la "force d'inertie" qui vous repousse vers l'arrière à cause de l'accélération est exactement compensée par le poids). Comme l'air intérieur subit la même force, il descend avec la même accélération. Et localement, rien ne vous permet de savoir si vous êtes dans un espace sans gravité, ou en chute libre dans un espace avec gravité.
C'est cette équivalence entre gravité et accélération qui est à la base de la théorie de la relativité générale (que vous étudierez dans 2/3 ans normalement).

Comme fait-on pour créer une accélération zero? On va dans un satellite en orbite autour de la terre. Comme il ne subit pratiquement que la gravité (à l'exception de quelques forces liées au rayonnement solaire ), et qu'il est en "chute" libre sous l'effet de cette gravité, l'accélération est presque nulle (microgravité).
Comme c'est un peu cher, on peut aussi prendre un avion assez puissant, qui va prendre une vitesse élevée vers le haut, puis suivre une trajectoire parabolique la plus proche possible de celle qu'il aurait s'il était lancé dans le vide. Pendant quelques secondes, les passagers ne sentiront aucune accélération. Le pilotage de ces avions "zero g" est assez subtil, puisqu'il faut arriver à compenser le plus précisément possible les frottements de l'air (qui varient continuellement puisque la vitesse change).
Le cas de gravité presque nulle n'est en effet pas très facile. Il faudrait aller entre deux galaxies pour avoir une gravité presque nulle. Même à la distance de pluton, l'accélération dûe au soleil est loin d'être négligeable, et celle exercée par le centre de la galaxie non plus (mais puisque on tourne autour en chute libre, on sera quand même bien en gravité zéro)

[A voir en vidéo sur Futura]

[Geoffrey77z]

Merci pour vos réponses si rapides, je pense mieux comprendre à présent !

Si j'ai bien compris, un corps est décrit comme étant en apesanteur à partir du moment où son accélération vaut g ?

J'entends bien vos explications concernant le vol de l'avion qui ne fait que reproduire la situation de chute libre. Cependant, lorsque nous tombons en chute libre (comme dans le cas d'un saut en parachute) nous ne ressentons pas cet effet d'apesanteur en raison des frottements de l'air. Alors pourquoi ressentons nous l'apesanteur lorsque nous sommes dans l'avion ? Ne devrions-nous pas ressentir les frottements de l'air à l'intérieur de l'avion ?

[LPFR]

Merci pour vos réponses si rapides, je pense mieux comprendre à présent !

Si j'ai bien compris, un corps est décrit comme étant en apesanteur à partir du moment où son accélération vaut g ?

J'entends bien vos explications concernant le vol de l'avion qui ne fait que reproduire la situation de chute libre. Cependant, lorsque nous tombons en chute libre (comme dans le cas d'un saut en parachute) nous ne ressentons pas cet effet d'apesanteur en raison des frottements de l'air. Alors pourquoi ressentons nous l'apesanteur lorsque nous sommes dans l'avion ? Ne devrions-nous pas ressentir les frottements de l'air à l'intérieur de l'avion ?

Re.
Quand vous sautez en parachute, votre chute ne peut être considérée comme libre que pensant les tous premiers seconds. Des que votre vitesse devient importante, la friction de l’air réduit votre accélération verticale bien au dessous de ‘g’ et à un certain moment l’accélération verticale s’annule, quand la friction aérodynamique équilibre votre poids.
Evidement, quand le parachute s’ouvre, votre accélération verticale dévient négative et votre vitesse de chute se stabilise à une valeur qui vous permet d’atterrir entier.

Dans la cabine d’un avion, l’air se déplace à la vitesse de l’avion (la votre) vous ne pouvez pas sentir la friction. Pas plus qu’à l’intérieur d’une voiture fermée.
A+

[Geoffrey77z]

Encore merci pour votre réponse LPFR

La dernière chose que je n'intellectualise pas est cette phrase : "L'impesanteur est ressentie lorsque l'accélération subie égale la gravité". Cela signifie que l'impesanteur n'a lieu que lorsque g = F(terre/système) ?

Merci

[LPFR]

Re.
Je ne comprends pas ce que vous voulez dire avec « g = F(terre/système) ».
Les gens qui sautent à l’élastique sont en impesanteur (chute libre) pendant les premiers mètres, jusqu’à ce que l’élastique commence à les retenir.
A+

[Geoffrey77z]

Re,

Je n'arrive pas à matérialiser sous forme d'équation la phrase citée. Je ne comprends pas tout à fait son sens...

Merci de votre attention

[Dynamix]

Salut

Je n'arrive pas à matérialiser sous forme d'équation la phrase citée.

Tu peux l' écrire :
v= g.t
v étant la vitesse de chute et t le temps depuis le début de la chute sans vitesse initiale .

[Geoffrey77z]

Salut

Tu peux l' écrire :
v= g.t
v étant la vitesse de chute et t le temps depuis le début de la chute sans vitesse initiale .

Merci pour votre intervention Dynamix mais qu'est-ce qui représente la gravité dans votre formule ?
Ce que j'ai du mal à comprendre c'est le lien entre les composantes évoquées dans la phrase. L'accélération dont il est question n'est autre que g, l'accélération de pesanteur j'imagine ? Alors dans quel cas peut-elle être égale à la gravité définie par Newton ?

Merci de bien vouloir m'éclairer, je dois me mélanger les pinceaux ce qui explique mon incompréhension...

[Dynamix]

Cas général d' un mouvement à accélération constante "a" sans vitesse initiale :
v = a.t
Cas de la chute libre :
a = g

[Geoffrey77z]

Cas général d' un mouvement à accélération constante "a" sans vitesse initiale :
v = a.t
Cas de la chute libre :
a = g

Ah oui effectivement, là je suis tout à fait d'accord avec vous, ce qui est appelé "gravité" dans la citation n'est autre que l'accélération de la pesanteur finalement ?

[Nicophil]

La dernière chose que je n'intellectualise pas est cette phrase : "L'impesanteur est ressentie lorsque l'accélération subie égale la gravité". Cela signifie que l'impesanteur n'a lieu que lorsque g = F(terre/système) ?

Quand l'ascenseur accélère vers le bas, il ne constitue pas un référentiel inertiel et il faut tenir compte de l'accélération d'entraînement :
g = F_{terre/passager}/m_passager - a_{entraînement}

Quand a_{entraînement} = 9,8 m/s² (ascenseur en chute libre), l'accélération de la pesanteur ressentie à l'intérieur tombe à zéro.

[LPFR]

Ah oui effectivement, là je suis tout à fait d'accord avec vous, ce qui est appelé "gravité" dans la citation n'est autre que l'accélération de la pesanteur finalement ?

Re.
Oui. C'est bien ça. Mais je préfère "accélération de gravité".
A+

[Geoffrey77z]

Re.
Oui. C'est bien ça. Mais je préfère "accélération de gravité".
A+

Re,
Merci de votre précision mais quelle différence faites vous entre

[Geoffrey77z]

Entre "accélération de gravité/gravitationnelle" et accélération de pesanteur ?
Mon professeur parlait toujours d'"accélération de pesanteur"

Merci

[Nicophil]

L'accélération de la pesanteur est la somme vectorielle de l'accélération gravitationnelle et de l'accélération d'entraînement.

[Geoffrey77z]

L'accélération de la pesanteur est la somme vectorielle de l'accélération gravitationnelle et de l'accélération d'entraînement.

Ah, merci beaucoup je ne faisais absolument pas la différence car ce n'est pas de mon niveau, je n'ai jamais entendu parler d'accélération d'entraînement.

[Geoffrey77z]

En réfléchissant à vos propos je viens de me rendre compte d'une chose...
Vous dites qu'un corps est en apesanteur lorsque son accélération est égale à l'accélération gravitationnelle.
Or, dans le cas d'une chute libre, on a a = g et ici g désigne l'accélération de pesanteur. Cette formule ne prend donc pas en compte l'accélération d'entraînement liée aux autres forces exercées par la terre sur le système...
L'accélération d'entraînement est-elle donc négligeable dans ce genre d'études ?

[Resartus]

L'accélération qu'on subit est toujours la somme des deux (et il n'y a pas de moyen local de savoir quelle est la combinaison entre accelération du référentiel et accélération gravitationnelle qui la composent).
Mais on peut quand même arriver à les séparer par des mesures non locales : par exemple, un satellite en orbite ne subit que l'attraction gravitationnelle, ce qui permet de connaitre précisément la masse de la terre. Ensuite, sur terre, on peut calculer la part d'entrainement liée à la rotation de la terre, qui n'explique qu'une partie de la différence de gravité entre équateur et pole, et retrouver ainsi la distance au centre de la terre en chaque point, etc.

[Nicophil]

Cette formule ne prend donc pas en compte l'accélération d'entraînement liée aux autres forces exercées par la terre sur le système...

Quelles autres forces ? le champ magnétique ??

[Geoffrey77z]

Quelles autres forces ? le champ magnétique ??

Je parle des forces liées à l'accélération d'entraînement, je ne les connais pas réellement à mon niveau.

[Resartus]

C'est tout simplement l'accélération due au mouvement du référentiel. (par exemple,dans la rotation d'un manège, on subit une "force d'inertie" ou "force centrifuge" qui est en réalité une accélération...)

[LPFR]

Bonjour.
Je ne pense pas que ça ait été une bonne idée d’introduire à ce niveau l’accélération d’entraînement.

Je pense qu’il vaut mieux avoir bien compris les lois de Newton et rester dans les repères inertiels avant de s’amuser à déménager dans des repères accélérées.

Pour Geoffrey77z :
L’accélération d’entraînement est une accélération « fictive » qui donne lieu à des forces « fictives » (c’est leur nom), que l’on introduit quand on se place dans un repère accéléré (comme une voiture qui freine ou qui tourne) et que l’on veut pouvoir utiliser les lois de Newton. Je vous rappelle que celles-ci ne sont valides que dans des repères inertiels (=newtoniens=galiléens).
Je vous conseille de vous concentrer sur les lois de Newton. Vous aurez tout le temps après pour vous emm…quiquiner avec des repères non inertiels.
Au revoir.

[Geoffrey77z]

Bonjour et merci pour vos réponses,

Juste une petite chose... LPFR vous m'avez dit qu'un corps est en apesanteur lorsque son accélération est égale à l'accélération de gravité...
Mais lorsque l'on étudie la chute libre, on écrit a = g ; et ici, sauf erreur de la part, il s'agit de l'accélération de pesanteur de la formule P = mg et non simplement l'accélération de gravité...
Etes-vous donc en train de m'expliquer que les autres composantes de l'accélération de pesanteur sont nulles ou négligeables dans ce genre d'études ?

Merci d'avance

[LPFR]

Re.
Je pense qu’il y a un sacré sac de nœuds entre l’accélération (le nombre de ‘g’ subit par un pilote, par exemple) en dehors de l’accélération de gravité, et l’accélération de gravité.

Donc, je me refuse à me prononcer sur cette terminologie franco-française.
Je ne sais pas ce qu’est « l’accélération de pesanteur » et je ne veux pas le savoir.

Moi., je ne connais que l’accélération de gravité.
A+

[mach3]

l'accélération de la gravité c'est avec M la masse du corps attractif et r la distance à ce corps
l'accélération de la pesanteur c'est et ce n'est pas la même chose, c'est l'accélération de la gravité + l'accélération d'entrainement due à la rotation de la Terre.

m@ch3

[Nicophil]

Ah, merci beaucoup je ne faisais absolument pas la différence car ce n'est pas de mon niveau, je n'ai jamais entendu parler d'accélération d'entraînement.

Il y a deux façons d'être en impesanteur :

1) La micro-gravité : être loin des masses (dont le champ de gravité diminue en 1/r²) : nous n'en avons pas les moyens, nous pauvres terriens.

2) Annuler l'accélération de gravité causée par une masse proche par une accélération d'entraînement, c'est-à-dire équilibrer la force de gravité par une "force" fictive.
Les "forces" fictives violent la 3ème loi de Newton, parce qu'elles apparaissent uniquement dans des référentiels non inertiels = qui ne satisfont pas à la 1ère loi de Newton.

[Nicophil]

Donc, je me refuse à me prononcer sur cette terminologie franco-française.
Je ne sais pas ce qu’est « l’accélération de pesanteur » et je ne veux pas le savoir.

Maintenant que Geoffey77z a eu son bac et est passé du statut d'élève à celui d'étudiant, on ne peut plus le traiter en enfant et continuer à faire comme si la définition de "weight" n'avait jamais posé le moindre problème :
https://en.wikipedia.org/wiki/Weight#Definitions
http://math.ucr.edu/home/baez/physic...tIsWeight.html