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| L'énergie / Monnaie du vol spatial |
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La conservation de l'énergie
Lorsque les corps se déplacent dans l'espace, ils ont de l'énergie cinétique et de
l'énergie potentielle. Bien que ces formes d'énergie soient interchangeables, la quantité
totale d'énergie demeure constante. C'est une manifestation du principe de la
conservation de l'énergie.
Énergie cinétique
Ec = ½ m v2
L'énergie cinétique d'un corps en orbite dépend entièrement de sa vitesse et de
sa masse.
Afin d'atteindre une orbite circulaire de basse altitude, un vaisseau spatial doit
recevoir de l'énergie sous forme d'énergie cinétique.
Une fusée sur une table de lancement n'est rien d'autre (du point de vue de la physique)
qu'une source d'énergie emmagasinée.
La quantité totale d'énergie disponible est déterminée par la quantité de carburant
dans la fusée. La tâche des concepteurs de fusées consiste à créer une fusée qui
transforme la quantité maximale possible d'énergie potentielle chimique emmagasinée
dans la fusée en énergie cinétique de la charge utile.
Énergie de liaison gravitationnelle
Epg = -GMm/r
L'énergie potentielle de gravité d'un corps (relativement à une masse
M) est déterminée
entièrement par la masse de l'objet M et la distance du corps par rapport à l'objet de
masse M.
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Énergie requise pour une orbite elliptique (circulaire)
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Si la quantité d'énergie cinétique transférée à un satellite ou
à un vaisseau
spatial durant le lancement n'est pas suffisante pour lui permettre d'atteindre
la vitesse d'évasion, le satellite retombera sur Terre ou parviendra à une
orbite elliptique (ou circulaire) fermée.
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Énergie requise pour une orbite parabolique
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Un moteur plus gros et plus puissant peut procurer davantage d'énergie à un vaisseau
spatial. Si l'énergie transférée au vaisseau est exactement la même que l'énergie
potentielle de gravité du vaisseau lui-même, alors celui-ci sera propulsé dans une
trajectoire parabolique qui lui permettra d'échapper au champ gravitationnel de la
Terre et qui s'étend à l'infini.
Il faut noter que l'énergie dont le vaisseau a besoin pour échapper à la gravité
terrestre ne suffit pas pour lui permettre d'échapper à la force gravitationnelle du
Soleil.
Dans ce cas, l'énergie totale égale zéro.
Ec + Ep = 0
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Énergie requise pour une orbite hyperbolique
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Les lanceurs multiétages gigantesques peuvent lancer des charges en déployant assez
d'énergie pour que celles-ci aient une énergie excédant l'énergie de liaison
gravitationnelle de la Terre. Dans ce cas, la charge est propulsée dans une orbite
hyperbolique.
L'énergie totale est alors plus grande que zéro.
Ec + Ep > 0
Il faut noter que l'énergie dont le vaisseau a besoin pour échapper à la gravité
terrestre ne suffit pas pour lui permettre d'échapper à la force gravitationnelle du
Soleil.
Dans ce cas, l'énergie totale égale zéro.
Ec + Ep = 0
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Cliché de transparent
Sections coniques
| Énergie totale |
Section conique |
Excentricité |
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L'énergie totale est négative, soit E < 0
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cercles et ellipses
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e < 1
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L'énergie totale est égale à zéro, soit E = 0
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paraboles
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e = 1
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L'énergie totale est positive, soit E > 0
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hyperboles
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e > 1
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Activité pour les élèves
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Corrigé
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