Satellite en orbite circulaire basse autour de la Terre

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Un satellite d'observation, de masse , décrit autour de la Terre une orbite circulaire à l'altitude . On assimile la Terre à une sphère homogène de masse et de rayon , et on néglige toute autre action que l'attraction terrestre. On donne la constante de gravitation universelle .
Satellite d'observation en orbite circulaire basse autour de la TerreSchéma d'un satellite en orbite circulaire autour d'un astre. L'astre est représenté par un disque bleu clair au centre, l'orbite par un cercle en pointillés. Le satellite, figuré par un petit cercle, est placé en haut à droite de l'orbite. Deux vecteurs en partent : la force d'attraction gravitationnelle, dirigée vers le centre de l'astre, et le vecteur vitesse, tangent à l'orbite donc perpendiculaire à la force. Un trait de construction relie le centre de l'astre au satellite. Des cotes horizontales donnent le rayon de l'orbite, décomposé le cas échéant en rayon de l'astre plus altitude.Satellite d'observation en orbite circulaireAucune action n'est prise en compte hormis l'attraction terrestreTerresatelliteFvRhDonnéesh = 400 km (altitude)R₍T₎ = 6 380 kmM₍T₎ = 5,98×10²⁴ kgm = 2,0×10³ kg (satellite)La masse du satellite se simplifie dans l'expression de la vitesse.
La masse du satellite se simplifie : la vitesse sur l'orbite n'en dépend pas.
1) Préciser le référentiel d'étude et donner l'expression vectorielle de la force de gravitation exercée par la Terre sur le satellite. 2) En appliquant la deuxième loi de Newton dans le repère de Frenet, montrer que le mouvement du satellite est circulaire uniforme. 3) Établir l'expression littérale de la vitesse du satellite en fonction de , et du rayon de l'orbite, puis calculer sa valeur. 4) Établir l'expression de la période de révolution et calculer sa valeur en secondes puis en minutes. 5) Vérifier par le calcul la troisième loi de Kepler, c'est-à-dire que le rapport est bien égal à .

Indices

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1 Indice 1
Le référentiel est géocentrique. La force gravitationnelle étant toujours dirigée vers le centre, sa composante tangentielle est nulle : la vitesse garde donc sa valeur.
2 Indice 2
Dans le repère de Frenet, l'accélération se réduit à sa composante normale $\dfrac{v^{2}}{r}$ : l'égaler à $\dfrac{G M_T}{r^{2}}$ donne la vitesse, où la masse du satellite disparaît.

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La méthode — par où commencer

Le référentiel est géocentrique. La force gravitationnelle étant toujours dirigée vers le centre, sa composante tangentielle est nulle : la vitesse garde donc sa valeur.

Dans le repère de Frenet, l'accélération se réduit à sa composante normale : l'égaler à donne la vitesse, où la masse du satellite disparaît.

La rédaction complète, étape par étape, se trouve juste en dessous.

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