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Glossaire technique

L'apesanteur (ou impesanteur) que subissent les astronautes en orbite autour de la Terre n’est pas due à l’absence de pesanteur (*) mais au fait qu’ils sont sur une trajectoire en chute libre permanente tout comme le satellite dans lequel ils se trouvent, et de ce fait, ils ne sont soumis à aucune force par rapport à ce satellite.
Quelque soit sa chute (dessin 1 : courte, longue, satellisée) l’objet qui tombe n’est soumis à aucune force par rapport à ce qui tombe avec lui. (Armstrong en a fait l'expérience sur la Lune : une plume et un marteau, lachés en même temps, sont tombés à la même vitesse). Un dynamomètre lesté d’un poids indiquera ZERO en chute libre. Faites l’expérience ci-contre (dessin 2) et constatez que le ressort (ou un élastique) se détend durant sa chute (prenez une photo pour vous en convaincre).

(*) À 6000km d’altitude, g est encore égale à 3,27m/s², or les satellites gravitent à une altitude de quelques milliers de km.
L’absence de pesanteur n’existe nulle part dans l’univers.
Tout objet, où qu'il soit dans l'espace, est toujours soumis à une combinaison de plusieurs pesanteurs produites par les objets environnants (astres)
.
Il existe certes des points singuliers où toutes les pesanteurs s'annulent, mais ces points ont une dimension nulle et ils se déplacent (à cause du mouvement des astres).


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La pesanteur est un phénomène qui produit une force d’attraction entre deux objets massifs (par exemples dessin 1 : la Terre et le Soleil ; la Lune et un astronaute ; la Terre et un être vivant). Cette force est due aux masses respectives M1 et M2 des deux objets, aussi éloignés soient-ils l’un de l’autre sachant que la force diminue avec le carré de la distance D entre les deux objets (dessin 2).
C'est la loi universelle de la gravitation décrite par Isaac Newton :

F = k . M1 . M2 / D²
avec k = constante gravitationnelle (6,67384 . 10-11m-3kg-1s-2 dans le système SI)
M1, M2 = masses respective des deux corps
D = distance séparant les centres de gravité des deux corps.

Par exemple, la masse de la Lune étant 81 fois plus faible que la masse de la Terre, et son rayon 3,7 fois plus faible, le poids de n’importe quel objet sera six fois (81/3,7²) plus faible sur la Lune que sur la Terre.


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L'accélération de la pesanteur est la grandeur qui caractérise la pesanteur. C'est elle qui produit une accélération de la vitesse d'un objet en chute libre. Comme toute accélération, elle s'exprime en m/s².
Le produit de cette accélération (nommée "g" sur tout astre) par la masse d'un objet détermine le poids de cet objet sur cet astre.

F = M1 . g
avec M1 = masse de l'objet
g = accélération de la pesanteur (9,81m/s² au niveau de la mer sur la Terre).

Si on remplace F par sa valeur dans la formule de la loi universelle de la gravitation (voir "la pesanteur") :

k . M1 . M2 / D² = M1 . g

on en déduit la valeur de g à la surface d'un astre de masse M2 après simplification par M1 :

g = k . M2 / D²
M2 = masse de l'astre (5,9736×1024kg pour la Terre)
D = rayon de l'astre (6371km en moyenne pour la Terre).

La valeur de g varie selon la masse de l'astre (M2) mais aussi selon l'altitude (D) sur cet astre.

L'étalon de masse. Il existe un étalon international de masse 1 kg : c’est un cylindre de 39 mm de diamètre et de 39 mm de hauteur en platine iridié à 10 %.
Réalisé en 1889, il conservé au Bureau International des Poids et Mesures au pavillon de Breteuil à Sèvres (France). Cet étalon n’étant pas accessible à tout le monde, il existe des sous-étalons dont les industriels ont fait des copies très précises qui leurs servent de références pour la production de poids commerciaux.
L’étalon est caractérisé par ses seules dimensions et composition, donc reproductible.


Étalonner un appareil de mesure consiste :
- soit à lui adjoindre une échelle graduée adaptée aux valeurs exactes des mesures,
- soit à modifier l'affichage des mesures afin qu'elles soient les plus justes possible.

Pour cela, on utilise quelques étalons de valeurs également réparties sur la gamme de mesures (ne pas oublier le zéro).


La tare d'un appareil de mesure est le décalage du zéro dû à des causes diverses. La plus courante étant le contenant de l'objet à peser (la "tare"). D'autres causes peuvent être dues à des conditions extérieures variables comme la température ambiante, une légère pente du support de l'appareil, etc.
Faire la tare d'un appareil de mesure consiste donc à annuler cet écart à vide en le compensant.
Dans le cas d'une balance, on met sur le plateau des poids ce qu'il faut pour avoir l'équilibre à vide (dessin).
Dans le cas d'un dynamomètre, il y a généralement une molette qui, lorsqu'on la tourne, provoque le décalage de la graduation. Dans les dynamomètres modernes (électroniques), la tare est souvent faite automatiquement à la mise en route.


Les unités légales de masse et de poids (force) dans le système SI.
Masse : le kilogramme (kg) qui est la masse de l'étalon de 1kg. C’est aussi la masse (à 0,003% près) de 1dm³ d’eau à 4°C.

Poids : le newton (N). C’est la force qui communique une accélération de 1m/s² à une masse de 1kg.
Son sous-multiple est la dyne. 1dyn = 1N/100000.

À noter : 1daN (1 déca newton) est à peu près le poids de 1kg (Exactement 1,0194…kg) de matière sur Terre (où g = 9,81m/s²). Il faudrait descendre d'environ 60m sous terre pour avoir g = 10m/s² soit 1daN pour 1kg.


Poids en fonte de 2kg.
L'accélération est la variation dans le temps de la valeur de la vitesse. On dit que c'est la dérivée dans le temps de la vitesse. Tout comme la vitesse est elle-même la dérivée dans le temps de la distance parcourue :

= dv / dt
avec = accélération
dv = écart de vitesse durant l'interval de temps
dt = interval de temps
v = dl / dt
avec dl = distance parcourue durant l'interval de temps
(On diminue l'interval de temps jusqu'à ce que les variations soient linéaires à l'intérieur de cet interval. Dans la dérivée mathématique, l'interval tend vers zéro)

Si l'être vivant est insensible à la vitesse, il ne l'est pas à l'accélération qui plaque le conducteur sur le dossier dans un véhicule accélérant et le propulse en avant lorsque le véhicule freine. De même, il ressent la pesanteur (une accélération) qui le plaque au sol. Par contre, il ne ressent rien quand la vitesse est constante (Il se déplace sans contrainte dans un train en marche, quelle que soit sa vitesse).






















1 - phase d'accélération. La vitesse augmente.

2 - phase de stabilisation. La vitesse est constante.

3 - phase de décélération. La vitesse diminue.

4 - phase d'arrêt. La vitesse est nulle.