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

Objectifs

Durée: 10 - 15 minutes

Cette séquence vise à présenter aux élèves le concept de force gravitationnelle et à préparer les calculs de la gravité, tant pour la Terre que pour d’autres corps célestes. Elle jette les bases d’une compréhension solide de la formule de la gravitation universelle et des facteurs qui modulent la force gravitationnelle.

Objectifs Utama:

1. Assimiler la loi de la Gravitation Universelle de Newton et comprendre sa formule.

2. Calculer la force gravitationnelle entre deux masses, notamment entre la Terre et d’autres planètes.

3. Étudier l’influence de la masse et du rayon d’une planète sur son intensité gravitationnelle.

Introduction

Durée: 10 - 15 minutes

L’objectif de cette partie est de familiariser les élèves avec le concept de force gravitationnelle afin de les préparer au calcul de la gravité, sur Terre et ailleurs. Ce premier contact est essentiel pour consolider leur compréhension des formules et des phénomènes gravitationnels abordés durant la leçon.

Le saviez-vous ?

Saviez-vous qu’en l’absence de gravité, la vie telle que nous la connaissons ne pourrait exister ? La gravité ne nous permet pas seulement de garder les pieds sur terre, mais elle retient également l’atmosphère qui nous entoure, rendant possible la respiration. De plus, c’est cette force qui fait que la Lune gravite autour de la Terre et qui engendre les marées dans nos océans.

Contextualisation

Commencez par expliquer que la gravitation est l’une des quatre forces fondamentales qui régissent la nature. C’est elle qui maintient les planètes en orbite autour du Soleil et qui se manifeste dans de nombreux phénomènes quotidiens, comme la chute des objets. Insistez sur le fait que la gravitation agit universellement, de la pomme qui tombe de l’arbre aux mouvements des galaxies dans l’immensité du cosmos.

Concepts

Durée: 40 - 50 minutes

Cette partie de la leçon a pour but d’approfondir la compréhension des élèves en les confrontant à des calculs concrets de la force gravitationnelle. En appliquant la loi de Newton dans différents contextes (entre objets et sur diverses planètes), ils développeront une approche pratique et quantitative du phénomène.

Sujets pertinents

1. Loi de la Gravitation Universelle de Newton : Présentez la formule F = G * (m1 * m2) / r², où F désigne la force gravitationnelle, G la constante universelle, m1 et m2 les masses des deux corps et r la distance les séparant. Expliquez comment cette loi s’applique aussi bien aux corps célestes qu’aux objets de la vie quotidienne.

2. Constante Gravitationnelle Universelle (G) : Abordez la valeur de G (6,67430 x 10^-11 N·m²/kg²) et son rôle crucial dans le calcul de la force gravitationnelle. Décrivez brièvement comment cette constante a été déterminée par expérimentation et son importance dans les calculs.

3. Force Gravitationnelle de la Terre : Montrez comment calculer la force gravitationnelle exercée par la Terre sur un objet situé à sa surface. Utilisez la formule F = G * (m_terre * m_objet) / r_terre², en précisant que m_terre représente la masse de la Terre et r_terre son rayon.

4. Gravité sur d’autres planètes : Apprenez aux élèves à déterminer la force gravitationnelle sur différentes planètes en fonction de leurs masses et rayons. Comparez ainsi la gravité de Mars ou de Jupiter avec celle de la Terre pour mettre en évidence les variations.

Pour renforcer l'apprentissage

1. Calculez la force gravitationnelle entre deux objets de 5 kg et 10 kg, séparés par 2 mètres.

2. Déterminez la force gravitationnelle exercée par la Terre sur un objet de 50 kg à sa surface. Vous partirez d’une masse terrestre de 5,97 x 10^24 kg et d’un rayon de 6,37 x 10^6 m.

3. Comparez la force gravitationnelle à la surface de Mars (masse = 6,39 x 10^23 kg, rayon = 3,39 x 10^6 m) à celle de la Terre. Quelle différence constatez-vous ?

Retour

Durée: 20 - 25 minutes

Cette phase a pour objectif de permettre aux élèves de réviser et de consolider leurs acquis. À travers des discussions et des échanges sur les solutions, ils pourront éclaircir les points encore obscurs et renforcer leur compréhension de la force gravitationnelle.

Diskusi Concepts

1. 1. Calculez la force gravitationnelle entre deux objets de 5 kg et 10 kg, séparés par 2 m. 2. - Solution : Utilisation de la formule F = G * (m1 * m2) / r² : 3. • F = 6,67430 x 10^-11 N·m²/kg² * (5 kg * 10 kg) / (2 m)² 4. • F = 6,67430 x 10^-11 N·m²/kg² * 50 kg² / 4 m² 5. • F ≈ 8,34 x 10^-10 N 6. - La force gravitationnelle est d’environ 8,34 x 10^-10 N. 7. 2. Déterminez la force gravitationnelle exercée par la Terre sur un objet de 50 kg à sa surface. En considérant la masse de la Terre comme 5,97 x 10^24 kg et son rayon comme 6,37 x 10^6 m. 8. - Solution : On applique la formule F = G * (m_terre * m_objet) / r_terre² : 9. • F = 6,67430 x 10^-11 N·m²/kg² * (5,97 x 10^24 kg * 50 kg) / (6,37 x 10^6 m)² 10. • F = 6,67430 x 10^-11 N·m²/kg² * 2,985 x 10^26 kg² / 4,06 x 10^13 m² 11. • F ≈ 9,8 x 10^2 N 12. - La force gravitationnelle atteindrait environ 490 N. 13. 3. Comparez la force gravitationnelle à la surface de Mars (masse = 6,39 x 10^23 kg, rayon = 3,39 x 10^6 m) à celle de la Terre. 14. - Solution : Pour Mars, utilisez la formule F = G * (m_planète * m_objet) / r_planète² : 15. • F_mars = 6,67430 x 10^-11 N·m²/kg² * (6,39 x 10^23 kg * 50 kg) / (3,39 x 10^6 m)² 16. • F_mars ≈ 1,86 x 10^2 N 17. - En comparant avec la force sur Terre (490 N) : 18. • La force sur Mars est environ 186 N, soit 0,38 fois celle de la Terre.

Engager les étudiants

1. 1. Pourquoi la constante gravitationnelle (G) est-elle cruciale dans le calcul de la force gravitationnelle ? 2. 2. Pourquoi la force gravitationnelle décroît-elle avec le carré de la distance entre deux masses ? 3. 3. En quoi la masse et le rayon d’une planète influencent-ils la gravité à sa surface ? 4. 4. Quelles conséquences pourrait-on envisager si la valeur de G était modifiée ? 5. 5. Discutez de l’impact de la gravitation sur notre quotidien et illustrez par des exemples concrets.

Conclusion

Durée: 10 - 15 minutes

Cette conclusion vise à récapituler les points clés abordés lors de la leçon et à relier la théorie à des exemples pratiques, afin de souligner l’importance de la gravitation tant dans notre quotidien que dans l’univers.

Résumé

['La gravitation est l’une des quatre forces fondamentales qui régissent l’univers.', 'La loi de la Gravitation Universelle de Newton se traduit par la formule F = G * (m1 * m2) / r².', 'La valeur de la constante gravitationnelle est de 6,67430 x 10^-11 N·m²/kg².', 'La force exercée par la Terre se calcule à l’aide de F = G * (m_terre * m_objet) / r_terre².', 'Il est possible de déterminer la gravité des planètes à partir de leurs masses et rayons respectifs.', 'Des exercices pratiques ont permis d’illustrer le calcul de la force gravitationnelle entre différents objets et à la surface de la Terre.']

Connexion

Cette leçon a relié la théorie à la pratique, en illustrant concrètement, par des exemples et des calculs détaillés, comment appliquer la loi de Newton dans divers contextes, du quotidien aux applications spatiales.

Pertinence du thème

Comprendre la force gravitationnelle est essentiel pour saisir de nombreux phénomènes, qu’il s’agisse de la chute des objets ou des trajectoires des satellites utilisés pour la communication et la navigation. La gravité joue également un rôle fondamental dans la préservation de l’atmosphère et de l’eau sur Terre, et son étude est cruciale pour les missions spatiales et l’exploration d’autres planètes.