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Quand on veut soulever un objet, ce qu’on veut faire en vrai, c’est vaincre la force de gravité qui s’exerce sur cet objet. Il faut exercer une force au moins équivalente et vers le haut pour le soulever.

Pour un objet de 10 kg sur Terre, la force à vaincre est de 100 N (N = newton ; l’accélération de la pesanteur sur Terre étant d’environ 10 newton par kilogramme à soulever). Il faut donc exercer une force de 100 N sur l’objet.

En utilisant des poulies, des palans ou d’autres systèmes, on peut s’en sortir avec une force beaucoup plus faible. En fait, avec le bon matériel, on pourrait soulever une voiture ou un camion.

Comment est-ce possible ?

La notion à voir ici est celle de travail d’une force.
Le travail d’une force correspond à l’énergie qu’une force déploie en provoquant un déplacement. Le travail (l’énergie dépensée) dépend de la force d’une part et de la distance d’autre part :

$$ \text{travail} = \text{force} \times \text{distance} $$

Pour soulever notre objet de 10 kg avec une force de 100 N et sur une distance de 1 m, le travail à fournir sera toujours le même : il faudra 100 joules.

En revanche, on peut changer certaines choses :

  • avec les mains, on applique 100 newton vers le haut sur 1 mètre (100 N × 1 m = 100 J);
  • avec un palan, les mains appliquent une force de 50 newton vers le bas sur 2 mètres (50 N × 2 m = 100 J).

La force à appliquer en utilisant un palan n’est plus que de 50 newton ! Par contre, on devra tirer deux fois plus loin. Mais ceci n’est pas un problème : il est humainement plus simple de marcher que de soulever un poids important.

La palan fonctionne ainsi :

Ce qui se passe, c’est que le poids en bas et la poulie du bas montent ensembles : ils montent de la distance en bleue sur la partie qui est fixe.
Une partie du fil fixe passe sous la poulie inférieur et se met à monter en même temps que le poids.

Quand ce sont 2 mètres de fil qui nous arrive, la moitié (1 m) provient en fait d’avant la poulie et l’autre moitié d’après la poulie :

palan
Ainsi, quand vous tirez le fil sur deux mètres, le poids ne monte en réalité que d’un mètre.

Si on revient à la formule du travail : vu qu’on a multiplié la longueur du fil à tirer par 2, on a aussi divisé la force nécessaire par 2. Mais le travail accompli est bien resté identique : on a soulevé 10 kg sur 1 m. C’est juste qu’on a facilité l’opération : la force des bras est limitée, mais pas la distance sur laquelle on peut tirer.

Si on utilise des palans multiples à 3, 4 ou plus de poulies, alors on divisera la force par 3, 4 ou plus. Une personne peut alors soulever des poids très importants.

Le même principe, de division des forces en jouant sur les longueurs est utilisé dans les manivelles, les boites de vitesse, un cric, une clé pour desserrer un écrou…

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Saturne et la Terre vu de derrière Saturne
Un épisode un peu spécial, où je ne donnerai pas de chiffres, mais plutôt des faits sympas à propos du système solaire.

Le nom de planètes est d’origine divin

Les 5 premières planètes du système solaire, en dehors de la Terre : Mercure, Vénus, Mars, Jupiter et Saturne sont connues depuis l’antiquité et les anciens voyaient en eux des divinités : de Mercure le voyageur, à Mars le dieu de la guerre et Saturne le dieu du temps.
Les autres planètes ont été découvertes après : Uranus a été découverte avec un télescope, la première planète à l’être ; Neptune par le calcul et Pluton il y a moins d’un siècle, mais leurs noms sont également tous issues de la mythologie, ceci pour rendre hommage aux Anciens, pères de l’astronomie.

Uranus se nommait à une époque « George »

Cette planète a été découverte par un Anglais, William Herschel, dont les instruments avaient été financés par le roi George III. Herschel décida de nommer la planète en l’honneur du roi. Ce n’est qu’après, voyant que ce nom n’était pas du tout populaire en dehors de la Grande Bretagne (et surtout pas en France, à l’époque) qu’il décida de le renommer en l’honneur du dieu romain du ciel « Uranus ».

Le nom des lunes d’Uranus sont des personnages de Shakespeare

Le nom des lunes des planètes sont également des divinités antiques. Mieux, ces divinités là sont (dans la mythologie) des parents ou des proches des divinités représentées par leur planètes.

Une exception cependant : les lunes d’Uranus !
Pour saluer le travail de William Herschel (toujours le même) qui en avait découvert deux et pour lui rendre hommage, les lunes d’Uranus ont été nommées d’après des personnages fictifs de deux grands auteurs anglais : Shakespeare et Pope.
C’est la seule planète à avoir cette caractéristique.

Les astéroïdes portent toutes sortes de noms

Si les premiers astéroïdes furent également nommés à propos de divinités antiques, on s’est rapidement rendu compte qu’ils étaient beaucoup trop nombreux.
Aujourd’hui, le choix des noms des astéroïdes découverts est basé sur des critères très souples. On trouve ainsi, parmi des milliers d’autres : Eureka, Monty Python, Mr. Spock, James bond, Wikipédia

Pluton était la seule planète à avoir été découverte par les américains

Je dis « était » car ce n’est plus vraiment une planète : elle a été reclassée en tant que planète-naine depuis 2006, ensemble avec un grand nombre d’autres corps célestes, encore plus lointains, comme Éris, Sedna ou encore Quaoar…

Jupiter est plus massive que toutes les autres réunies

En fait, Jupiter est plus massive que tous les autres corps célestes tournant autour du Soleil réunies : les planètes, les lunes des planètes, les anneaux des planètes, les astéroïdes, les comètes, les planètes naines…
On suppose que Jupiter a joué un rôle important dans la protection des autres planètes (dont la Terre) contre les astéroïdes et les comètes : sans lui, la Terre aurait été bombardée beaucoup plus souvent et la vie surement moins développée qu’elle ne l’est aujourd’hui. Au passage, l’adjectif associé à Jupiter est « jovien », qui a donné également « jovial ».

Il y a un hexagone sur le pôle nord de Saturne

Vous connaissez sûrement la grande tache rouge de Jupiter, ou la grande tache bleue de Neptune… Mais saviez-vous qu’il existait une tâche hexagonale autour du pôle nord de Saturne ?
Cette tache est là, mais personne ne sait encore vraiment pourquoi…

La comète de Halley prouva la théorie de Newton

Halley, un astronome, remarqua qu’une comète revenait périodiquement dans la littérature (notez qu’il n’y avait pas de moteur de recherche à l’époque et qu’il a dû épier les écrits s’étendant sur plusieurs siècles pour remarquer ça). Il prédit alors, à l’aide de la théorie de Newton sur la gravitation universelle, que la comète allait reparaître à la fin de l’année 1758.

Et en effet, la comète reparut en décembre cette année là, seize ans après la mort de Halley lui-même. Ce fut la première fois qu’une équation mathématique permit de prédire un événement cosmique dans le futur. Cette prédiction réussie valida la théorie de Newton sur la mécanique céleste.

Jupiter…

Jupiter est la plus massive planète de notre système solaire. Elle est plus massive que toutes les autres planètes réunies.
Elles est également le siège de phénomènes assez incroyables et inédits. Vous pouvez les découvrir dans mon article spécialement dédié à Jupiter.

image Nasa/JPL/SSI

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Les marées sont la montée et la descente de la mer sur plusieurs mètres, deux fois par jour.
On explique ce phénomène par les attractions gravitationnelles de la Lune et du Soleil sur l’eau : ces deux astres tirent un peu l’eau vers eux, formant un bourrelet à la surface des océans.

Dans les faits, on observe deux bourrelets : un du côté de la Lune et un du côté opposé :



La vague du côté de la Lune est facilement expliquée : la Lune attire l’eau vers elle et ça fait un bourrelet. Mais pourquoi y a t-il aussi un bourrelet de l’autre côté ?

En fait, l’eau n’est pas la seule à être attirée et n’est pas non plus seulement attirée : elle est également éjectée (par les forces centrifuges de la rotation de la Terre) et la Terre est également attirée par la Lune.

La masse totale de la Terre est divisible en trois : l’eau du côté de la Lune, la Terre à proprement parler, et l’eau du côté opposé. L’ensemble de tout ça peut être nommé « le système terrestre », qui tourne sur lui-même en 24 heures.

Si on divise ce système en trois sous-systèmes, c’est parce que c’est ce qui se passe ici. La force de gravitation de la Lune diminue avec la distance à la Lune : l’eau proche de la Lune est donc très attirée, la Terre est normalement attirée et l’eau de l’autre côté est peu attirée :

les marées
L’eau du côté opposé à la Lune est donc plus faiblement attirée que la Terre en elle-même : c’est comme si la Terre était éloignée de cette massé d’eau.
On peut dire que ce n’est pas l’eau qui forme une vague à cet endroit là, mais que c’est tout le reste de la planète qui forme un creux partout ailleurs. Évidemment, dans le référentiel terrestre, c’est bien une vague qui se forme du côté opposé à la Lune.

De plus, les effets de la force centrifuge jouent aussi et accentuent les vagues là où elles sont les plus hautes en les rehaussant un peu plus. Aussi, sachez que les mers ne sont pas seules à être soumises aux marées, mais les terres également. Mais comme les continents sont plus rigides que l’eau, la déformation est moins grande (seulement de 40 cm, contre plusieurs mètres pour l’eau).

Le Soleil a le même effet que la Lune sur l’eau de la Terre. Le Soleil est évidemment beaucoup plus éloigné de la Terre que la Lune, mais sa masse bien plus importante compense l’éloignement.

Si l’actualité parle des très grandes marées en ce moment, c’est que nous sommes en présence de plusieurs phénomènes combinés, et tous seront à leur maximum le 21 mars prochain :

  • la Lune et le Soleil seront alignés avec la Terre : les forces de marées sont donc ajoutés « au mieux » ;
  • la Lune sera à son point le plus proche de la Terre sur son orbite (on parle de périgée) ;
  • l’équinoxe : ce jour là dans l’année, le Soleil est pile au dessus de l’équateur : l’axe Terre-Soleil forme donc un angle droit avec l’axe de rotation terrestre : ceci accentue les marées dans le sens où une plus grande partie de la planète (et donc des océans) est soumise à l’influence gravitationnelle du Soleil en période diurne ;
  • la Terre est actuellement assez proche du Soleil. Notre planète passe par le point le plus proche du Soleil (point nommé le périhélie). Ce passage a lieu tous les ans, en début d’année (le 3 janvier précisément).

Ces situations se produisent régulièrement (respectivement chaque mois, chaque mois, deux fois par an et chaque année), mais ils ne sont pas toujours combinés aussi bien : ceci n’arrive en effet qu’une fois tous les 18 ans, provoquant ces très grandes marrées.

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