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Fiche enseignant · 15–16 ans · environ 45–50 minutes

La gravité : des pommes qui tombent à la pesée de la Terre

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Objectifs

Déroulement

DuréeActivité
5 minAccroche : lâchez deux boules de masses différentes. Prévoir, observer, expliquer.
10 minLisez et discutez le texte ; établissez g = GM/R².
25 minTP pendule par deux, 4 longueurs × 3 essais.
5 minGraphique T² en fonction de L, calcul de g, comparaison dans la classe.
5 minQuiz, ou le jeu Largage à la maison.

Matériel pour l'expérience

Sécurité: Vérifie que le support ne peut pas basculer (fixe ou leste la base). Garde le visage à distance de la masse qui oscille.

Idées fausses fréquentes

Les élèves peuvent penser…En réalité…
Les objets plus lourds accélèrent plus vite.La force est plus grande, mais a = F/m est la même.
Il n'y a pas de gravité en orbite.g à 400 km vaut environ 89 % de sa valeur en surface ; une orbite est une chute libre.
La période du pendule dépend de la masse ou de l'amplitude.Pour de petits angles (moins d'environ 15°), elle ne dépend que de L et de g.
La chute de Galilée à Pise est un fait prouvé.Elle repose sur une seule biographie plus tardive ; l'expérience de Stevin à Delft en 1586 est documentée.

Corrigé de la fiche

  1. F = G·m₁·m₂/r² : F force (N), G = 6,674 × 10⁻¹¹ N·m²/kg², m₁ et m₂ masses (kg), r distance entre les centres (m).
  2. F = GMm/R² et a = F/m, donc a = GM/R², sans m.
  3. Terre : t = √(90/9,8) ≈ 3,0 s. Mars : t = √(90/3,7) ≈ 4,9 s.
  4. Attendu : 9,5–10,1 m/s². Erreurs : temps de réaction (chronométrer 20 oscillations, répéter), mesure de L jusqu'au centre de la masse, amplitude trop grande (rester sous 15°), support qui bouge.

Corrigé du quiz

  1. La distance entre deux masses double. La force de gravitation devient… 4 fois plus petite. F ∝ 1/r², donc (1/2)² = 1/4.[5]
  2. Pourquoi une boule lourde tombe-t-elle avec la même accélération qu'une légère (sans air) ? La force plus grande est compensée par la masse plus grande (a = F/m). F = GMm/R² et a = F/m, donc a = GM/R² : m s'élimine.[5]
  3. À l'altitude de la station spatiale (environ 400 km), la gravité vaut environ… 90 % de sa valeur en surface. La NASA donne 88,8 % vers 400 km.[4]
  4. Qui a publié en 1586 une chute documentée de deux boules de plomb de poids différents ? Simon Stevin, à Delft. Stevin et De Groot les ont lâchées du clocher de Delft ; l'histoire de Pise repose sur une seule biographie plus tardive.[10]
  5. On rend un pendule 4 fois plus long. Sa période devient… 2 fois plus longue. T ∝ √L, et √4 = 2.[7]
  6. Un objet tombe de 20 m sur la Lune (g = 1,6 m/s²). Combien de temps dure sa chute ? 5,0 s. t = √(2h/g) = √(40/1,6) = √25 = 5,0 s.[6][2]

Pour aller plus loin

Avec le jeu Largage : à 100 m d'altitude et 20 m/s, à quelle distance avant la cible faut-il lâcher la caisse sur chaque astre ? Vérifiez dans le jeu. Essayez ensuite le jeu Newton's Cannon sur echoesof.science.

Sources utilisées dans cette leçon

Liste complète avec liens et une note sur la fiabilité de chaque source: echoesof.science/school/fr/gravity/sources/

Vie privée : les pages des leçons n'ont ni publicité, ni pistage, ni cookies. Les réponses au quiz et les scores restent dans le navigateur de l'élève. Une courte vidéo par âge est en préparation.

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