Plan de leçon | Plan de leçon Tradisional | Gravitation : Accélération gravitationnelle

Objectifs

Durée: (10 - 15 minutes)

Cette étape vise à offrir aux élèves une vue d'ensemble claire et concise des principaux objectifs de la leçon, les préparant aux concepts et calculs qui seront abordés. En énonçant ces objectifs, les élèves peuvent mieux se concentrer sur les compétences spécifiques à développer, facilitant ainsi la compréhension et l'application pratique des notions relatives à l'accélération gravitationnelle.

Objectifs Utama:

1. Comprendre la Loi Universelle de la Gravitation et son importance dans la détermination de l'accélération gravitationnelle.

2. Calculer l'accélération due à la gravité sur différentes planètes en utilisant la Loi Universelle de la Gravitation.

3. Déterminer la gravité sur Terre à une distance équivalente à deux fois le rayon terrestre.

Introduction

Durée: (15 - 20 minutes)

L'objectif de cette étape est d'attirer l'attention des élèves et de les familier avec les concepts qui seront discutés. En offrant un contexte captivant et des curiosités engageantes, les élèves seront plus enclins à interagir avec le matériel présenté et à réaliser l'importance de la gravitation dans leur quotidien et leur environnement.

Le saviez-vous ?

Saviez-vous qu'environ un sixième de la gravité terrestre est exercée sur la Lune ? Cela signifie que si vous pesez 60 kg sur Terre, vous ne pèseriez que 10 kg sur la Lune ! Ce fait fascinant explique pourquoi les astronautes semblent presque flotter lorsqu'ils marchent sur la surface lunaire. De plus, comprendre la gravité est essentiel pour le lancement de satellites et les missions spatiales, rendant possible l'exploration de l'espace.

Contextualisation

La gravitation est l'une des quatre forces fondamentales de la nature et joue un rôle clé dans la formation et la structure de l'univers tel que nous le connaissons. De la chute d'une pomme à la danse des planètes autour du Soleil, la gravité est la force qui maintient tous les corps célestes en orbite. Dans cette leçon, nous allons explorer comment Sir Isaac Newton a développé la Loi Universelle de la Gravitation et comment cette loi nous permet de calculer l'accélération gravitationnelle sur diverses planètes, tout en observant comment la gravité varie selon la distance.

Concepts

Durée: (40 - 50 minutes)

Cette étape cherche à donner une compréhension approfondie et pratique de l'accélération gravitationnelle ainsi que de la Loi Universelle de la Gravitation. En s'attaquant à des sujets précis et en résolvant des questions, les élèves peuvent directement appliquer les concepts abordés, renforçant ainsi leurs connaissances et les préparant pour des évaluations futures et des applications concrètes.

Sujets pertinents

1. Loi Universelle de la Gravitation : Présenter la formule F = G * (m1 * m2) / r², où F est la force gravitationnelle, G est la constante gravitationnelle, m1 et m2 sont les masses des deux corps, et r est la distance entre eux. Insister sur le fait que cette loi est applicable à toute paire d'objets massiques dans l'univers.

2. Accélération Gravitationnelle (g) : Préciser que l'accélération gravitationnelle est la force par unité de masse exercée par la gravité sur un objet. À la surface de la Terre, cette accélération est d'environ 9,8 m/s².

3. Calcul de l'Accélération Gravitationnelle sur d'Autres Planètes : Discuter de l'application de la Loi Universelle de la Gravitation pour déterminer la gravité sur d'autres planètes. Fournir des exemples concrets, comme le calcul de la gravité sur Mars ou la Lune.

4. Variation de la Gravité avec la Distance : Expliquer comment l'accélération gravitationnelle change avec la distance au centre d'une planète. Utiliser la formule g = G * M / r², où M est la masse de la planète et r est la distance mesurée depuis le centre de la planète. Illustrer avec un calcul de la gravité sur Terre à une distance égale à deux fois le rayon terrestre.

Pour renforcer l'apprentissage

1. Calculez la force gravitationnelle entre deux corps de 10 kg et 5 kg séparés par une distance de 2 mètres. Utilisez la constante gravitationnelle G = 6,674 * 10⁻¹¹ N(m/kg)².

2. Déterminez l'accélération gravitationnelle à la surface de Mars, sachant que la masse de Mars est d'environ 6,42 * 10²³ kg et que le rayon est d'environ 3,39 * 10⁶ mètres.

3. Quelle serait l'accélération gravitationnelle à une distance qui équivaut au double du rayon de la Terre ? Considérez la masse de la Terre comme étant de 5,97 * 10²⁴ kg et le rayon terrestre de 6,37 * 10⁶ mètres.

Retour

Durée: (20 - 25 minutes)

L'objectif de cette étape est de faire un bilan et de consolider les connaissances acquises par les élèves à travers des discussions approfondies et des éclairages sur les solutions aux questions présentées. De plus, en engageant les élèves dans des réflexions et des questions supplémentaires, on les aide à approfondir leur compréhension et leur application des concepts d'accélération gravitationnelle, favorisant ainsi une expérience d'apprentissage riche et durable.

Diskusi Concepts

1. Discussion des Questions Résolues : 2. Force Gravitationnelle Entre Deux Corps : 3. Question : Calculez la force gravitationnelle entre deux corps de 10 kg et 5 kg séparés par une distance de 2 mètres. Utilisez la constante gravitationnelle G = 6,674 * 10⁻¹¹ N(m/kg)². 4. Solution : En appliquant la Loi Universelle de la Gravitation, F = G * (m1 * m2) / r². 5. - m1 = 10 kg, m2 = 5 kg, r = 2 m, G = 6,674 * 10⁻¹¹ N(m/kg)². 6. - F = 6,674 * 10⁻¹¹ * (10 * 5) / (2)² = 8,34 * 10⁻¹¹ N. 7. Accélération Gravitationnelle à la Surface de Mars : 8. Question : Déterminez l'accélération gravitationnelle à la surface de Mars, en tenant compte que la masse de Mars est d'environ 6,42 * 10²³ kg et le rayon est d'environ 3,39 * 10⁶ mètres. 9. Solution : En utilisant la formule g = G * M / r². 10. - M = 6,42 * 10²³ kg, r = 3,39 * 10⁶ m, G = 6,674 * 10⁻¹¹ N(m/kg)². 11. - g = 6,674 * 10⁻¹¹ * 6,42 * 10²³ / (3,39 * 10⁶)² = 3,71 m/s². 12. Accélération Gravitationnelle à une Distance Double du Rayon de la Terre : 13. Question : Quelle serait l'accélération gravitationnelle à une distance qui est le double du rayon de la Terre ? Considérez la masse de la Terre comme étant de 5,97 * 10²⁴ kg et le rayon de la Terre de 6,37 * 10⁶ mètres. 14. Solution : En utilisant la formule g = G * M / r². 15. - M = 5,97 * 10²⁴ kg, r = 2 * 6,37 * 10⁶ m, G = 6,674 * 10⁻¹¹ N(m/kg)². 16. - g = 6,674 * 10⁻¹¹ * 5,97 * 10²⁴ / (2 * 6,37 * 10⁶)² = 2,45 m/s².

Engager les étudiants

1. Question : Comment la force gravitationnelle entre deux corps varie-t-elle si la distance entre eux est réduite de moitié ? 2. Question : Si la masse d'une planète était deux fois celle de la Terre, quel impact cela aurait-il sur l'accélération gravitationnelle à la surface de cette planète ? 3. Réflexion : Pourquoi l'accélération gravitationnelle est-elle plus faible sur la Lune que sur Terre ? Comment cela influence-t-il la vie et l'exploration spatiale ? 4. Question : Comment l'accélération gravitationnelle change-t-elle à l'intérieur d'une planète lorsque nous nous déplaçons du centre vers la surface ? 5. Réflexion : Travaillez en groupe afin de discuter de la manière dont la gravité influence notre quotidien, de la marche aux trajectoires des satellites.

Conclusion

Durée: (10 - 15 minutes)

Cette étape vise à faire un récapitulatif des principaux points abordés durant la leçon, afin de garantir que les élèves intègrent et retiennent les concepts clés. En reliant la théorie à la pratique et en soulignant la pertinence du sujet, cette étape renforce l'importance des connaissances acquises pour la vie de tous les jours et les applications futures.

Résumé

['La Loi Universelle de la Gravitation de Newton et sa formule F = G * (m1 * m2) / r².', "Le concept d'accélération gravitationnelle (g) et son application à la surface de la Terre (environ 9,8 m/s²).", "Calcul de l'accélération gravitationnelle sur différentes planètes en utilisant la Loi Universelle de la Gravitation.", "Comment l'accélération gravitationnelle change avec la distance au centre d'une planète."]

Connexion

Cette leçon a établi un lien entre la théorie de la gravitation universelle de Newton et sa mise en pratique en démontrant, via des exemples et des calculs, la façon de déterminer l'accélération gravitationnelle sur différentes planètes et à différentes distances de la surface terrestre. Ce lien a permis aux élèves de réaliser comment les formules mathématiques prennent sens dans des situations concrètes, comme la gravité sur la Lune et Mars.

Pertinence du thème

Comprendre la gravitation est essentiel pour de nombreuses activités du quotidien et des technologies avancées, que ce soit pour la chute des objets ou l'exploration spatiale. Par exemple, avoir une bonne compréhension de la gravité est crucial lors du lancement de satellites et pour les voyages dans l'espace. De plus, des faits fascinants, comme la moindre gravité sur la Lune, expliquent des phénomènes tels que le flottement des astronautes, rendant la science plus concrète et captivante.