Le canon de Newton
Tirez une boule de canon de plus en plus vite depuis un sommet de montagne jusqu'à ce qu'elle orbite, puis s'échappe.
ESO/S. Guisard (www.eso.org/~sguisard) (CC BY 4.0)
Le canon de Newton
Qu'est-ce que c'est ? Isaac Newton a imaginé un canon sur une montagne si haute qu'elle se détache des airs. Tirez lentement sur la balle et elle retombe. Tirez assez vite et le sol s'enfonce sous elle aussi rapidement que la chute, donc elle n'atterrit jamais. C'est une orbite.
Comment l'utiliser: Réglez la vitesse de lancement avec le curseur ou un bouton de vitesse, puis appuyez sur Tir.Les prises de vue précédentes restent à l'écran afin que vous puissiez les comparer.
À quelle vitesse est-ce?
- Votre coup de feu
- Avion de ligne à réaction, environ 900 km/h (0.25 km/s)
- Balle de fusil, environ 1 km/s
- Vitesse orbitale
- Vitesse d'évacuation
La montagne est dessinée bien plus haute que n'importe quelle autre montagne réelle, de sorte que vous pouvez la voir.
Essayez ceci
- Appuyez sur "Jet airliner" et tirez, puis sur "Rifle bullet" et tirez.Avis: Même les objets de tous les jours qui sont très rapides ne sont pas assez rapides pour orbiter.
- Appuyez sur "Orbit speed" et tirez.Avis: La balle fait le tour de la Terre et revient au canon. Elle tombe tout le temps, mais elle ne touche pas le sol, c’est ainsi que la Station spatiale internationale reste debout.
- Tirer un peu plus lentement que la vitesse orbitale, puis un peu plus vite.Avis: Plus lent: il se courbe vers le bas et atterrit une partie du chemin autour.Plus rapide: le cercle s'étire en un long ovale qui se balance loin et revient.
- Appuyez sur "Escape speed" et tirez, puis changez la planète en Lune.Avis: A la vitesse d'évasion, le ballon part et ne revient jamais. Sur la Lune, avec sa gravité plus faible, la vitesse orbitale est seulement d'environ 1.6 km/s.
Les idées derrière
Pourquoi la boule orbitante ne tombe-t-elle pas ?
La surface de la Terre se courbe vers le bas d'environ 5 mètres tous les 8 kilomètres que vous parcourez, et tout ce qui tombe tombe d'environ 5 mètres dans sa première seconde. Donc une balle qui se déplace sur le côté à environ 8 kilomètres par seconde tombe de 5 mètres chaque seconde tandis que le sol s'éloigne de 5 mètres.
Pourquoi une montagne si haute ?
Sur Terre, la montagne est d'environ 510 km de haut (8% du rayon terrestre), plus haut que la Station Spatiale Internationale (environ 400 km), donc le ballon démarre au-dessus de presque tout l'air. En bas dans les airs, la traînée ralentirait et chaufferait le ballon bien avant qu'il n'atteigne sa vitesse orbitale, c'est pourquoi les vraies fusées montent d'abord hors des airs puis accélèrent latéralement.
Sources: masses et tailles des planètes de NASA/JPL (bodies.json); les trajectoires sont des orbites exactes de deux corps.Les vitesses quotidiennes sont des chiffres ronds typiques: les avions à réaction voyagent à environ 900 km/h, et les balles de fusil quittent le canon à environ 0,7 à 1,2 km/s, environ 1 km/s pour une balle rapide.
La gravité de la Terre attire tout vers son centre, c'est pourquoi les choses tombent.
Plus dans le glossaire →La trajectoire de quelque chose qui continue à tomber autour d'une planète ou d'une étoile sans jamais la frapper, parce qu'il se déplace sur le côté assez vite.
Plus dans le glossaire →La vitesse à laquelle vous devez aller latéralement pour faire le tour d'une planète à une altitude donnée sans tomber ou voler, juste au-dessus de l'air terrestre est d'environ 7,8 km/s.
Plus dans le glossaire →La vitesse nécessaire pour quitter une planète pour de bon, sans jamais revenir en arrière, depuis la surface de la Terre est d'environ 11.2 km/s, ignorant l'air.
Plus dans le glossaire →L'air pousse contre un objet en mouvement et le ralentit. Cet outil l'ignore. Une vraie boule de canon tirée aussi vite serait arrêtée et brûlée par l'air.
Tableau de données (texte alternatif)
Moins lente que la vitesse circulaire : elle recule. Entre la vitesse circulaire et la vitesse d’évasion : elle orbite.
| Planète | Vitesse d'orbite circulaire ici | Escape speed ici |
|---|---|---|
| Terre | 7,61 km/s | 10,8 km/s |
| La lune | 1,62 km/s | 2,29 km/s |
| Mars | 3,42 km/s | 4,84 km/s |
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