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🛰️ Le canon de Newton

Isaac Newton s'est un jour demandé ce qui arriverait si l'on tirait un boulet à l'horizontale depuis une montagne si haute que l'air ne le freinerait plus. Réponse : tout dépend de la vitesse… et c'est exactement ce qui fait tenir la Lune et les satellites dans le ciel. Règle ton canon, fais feu, et surveille tes arrières : un boulet en orbite revient toujours par derrière.

🧪 Mode d'emploi : règle les curseurs (à droite, ou sous l'animation sur téléphone), lance avec ▶, observe les mesures et relève les 🎯 défis. Le bouton ⛶ agrandit l'animation, idéal sur téléphone à l'horizontale.

Ce que tu vois

  • Le boulet tombe tout le temps vers le centre de la Terre (flèche verte). Plus il va vite, plus il retombe loin, car la Terre est ronde : le sol « se dérobe » sous lui.
  • Vers 7,9 km/s (7,85 km/s depuis un sommet de 100 km), il tombe exactement autant que la surface s'incurve : il fait le tour de la Terre sans jamais toucher le sol. Il est en orbite.
  • Un peu plus vite, l'orbite devient une ellipse qui s'éloigne de la Terre du côté opposé à la montagne : le boulet y ralentit, puis revient en accélérant.
  • À partir de la vitesse de libération (11,2 km/s au sol, 11,1 km/s depuis le sommet), la trajectoire ne se referme plus : le boulet part pour ne jamais revenir.
  • La montagne est dessinée bien plus haute qu'en vrai (sinon elle ferait un pixel) ; les frottements de l'air et la rotation de la Terre sont négligés.

Expériences à faire

  • Passe de 2 à 4 km/s : le boulet tombe-t-il deux fois plus loin ? Pourquoi pas exactement ?
  • Monte la montagne à 2 000 km : la vitesse de l'orbite circulaire augmente-t-elle ou diminue-t-elle ?
  • Combien de temps dure un tour d'orbite rasante ? Compare avec la Station spatiale internationale (environ 1 h 33 min à 420 km d'altitude).
  • Tire à 11,0 km/s puis à 11,2 km/s : qu'est-ce qui change, alors que l'écart de vitesse est minuscule ?
  • Choisis l'astre « ✏️ Ma planète » et donne-lui la masse et le rayon de la Lune (7,35e22 kg ; 1 737 km) : à quelle vitesse faut-il tirer pour la satelliser ? Et sur Jupiter ?

La physique derrière l'animation

  • Gravitation exercée par la Terre : F = G × MT × m / r², avec G × MT = 3,986 × 1014 m³/s² et r la distance au centre de la Terre (rayon RT = 6 371 km). L'animation calcule la trajectoire pas à pas (méthode de Runge-Kutta d'ordre 4).
  • Orbite circulaire : la gravitation fournit l'accélération centripète v²/r, d'où v = √(G MT / r), soit 7,9 km/s au ras du sol (première vitesse cosmique).
  • Période d'une orbite circulaire : T = 2π r / v = 2π √(r³ / (G MT)), soit environ 1 h 24 min au ras du sol et 1 h 26 min à 100 km d'altitude.
  • Vitesse de libération : il faut une énergie mécanique ½ m v² − G MT m / r positive ou nulle, soit v ≥ √(2 G MT / r) = 11,2 km/s au sol.
  • Entre ces deux vitesses, la trajectoire est une ellipse dont le centre de la Terre occupe un foyer (1re loi de Kepler).

Et maintenant, on passe aux choses sérieuses ? 😉

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