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Force gravitationnelle : loi de la gravitation universelle de Newton

Calculez l'attraction gravitationnelle entre deux masses selon leur distance avec la loi de Newton, et l'intensité du champ de pesanteur créé par la première.

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Résultats

Force gravitationnelle

687,4 N

Champ de pesanteur de la masse 1 à cette distance
9,82 m/s²
Poids équivalent
70,095 kgf
Champ rapporté à la pesanteur terrestre
1,001 g

La loi de la gravitation universelle

En 1687, Isaac Newton a montré que la force qui fait tomber une pomme est aussi celle qui retient la Lune en orbite. Toute masse attire toute autre masse avec une force proportionnelle au produit des masses et inversement proportionnelle au carré de la distance entre leurs centres.

F = G × m₁ × m₂ ÷ r²

  • G = 6,6743 × 10⁻¹¹ N·m²/kg², la constante gravitationnelle
  • m₁, m₂ : les deux masses
  • r : la distance entre leurs centres, et non entre leurs surfaces

Le calculateur donne aussi le champ de pesanteur créé par la première masse à cette distance, g = G × m₁ ÷ r², c’est-à-dire l’accélération que ressentirait n’importe quel objet à cet endroit, et le compare à la pesanteur normale terrestre de 9,80665 m/s².

Exemple : votre poids

Par défaut, la masse 1 est la Terre (5,972 × 10²⁴ kg), la masse 2 une personne de 70 kg et la distance le rayon moyen terrestre, 6 371 km.

  • F = 6,6743 × 10⁻¹¹ × 5,972 × 10²⁴ × 70 ÷ (6,371 × 10⁶)² ≈ 687 N, soit environ 70,1 kgf
  • g ≈ 9,82 m/s²

Cette force n’est autre que le poids de la personne. Le résultat diffère légèrement de 70 × 9,80665 = 686,5 N car la rotation de la Terre et son aplatissement font varier un peu la pesanteur d’un endroit à l’autre : elle vaut environ 9,81 m/s² à Paris.

Autres exemples

Situation Force ou champ
Deux personnes de 70 kg à 1 m 3,3 × 10⁻⁷ N
Terre et Lune (384 400 km) 1,98 × 10²⁰ N
Champ à l’altitude de l’ISS (environ 400 km) 8,7 m/s², 89 % de la valeur au sol
Champ à la surface de la Lune 1,62 m/s², environ 1/6 g
Champ à la surface de Mars 3,7 m/s², environ 0,38 g

Pourquoi la force diminue avec le carré de la distance

La gravitation rayonne dans toutes les directions : son intensité se répartit sur la surface d’une sphère de plus en plus grande, dont l’aire croît comme r². Doubler sa distance au centre de la Terre, soit monter à environ 6 400 km d’altitude, divise la pesanteur par quatre.

L’impesanteur

Les astronautes de la Station spatiale internationale, comme Thomas Pesquet, subissent encore près de 90 % de la pesanteur terrestre. S’ils flottent, c’est qu’ils tombent en même temps que la station autour de la Terre, assez vite latéralement pour ne jamais la rejoindre. C’est cette chute libre, et non l’absence de gravité, qui crée l’impesanteur.

Limites

La loi de Newton est extrêmement précise pour les problèmes courants et planétaires. Les champs très intenses, comme près d’un trou noir, ou les mesures très fines, comme la synchronisation des satellites GPS ou Galileo, demandent la relativité générale d’Einstein.

Questions fréquentes

Que dit la loi de la gravitation universelle ?

Deux masses s'attirent avec une force F = G × m₁ × m₂ ÷ r², où G = 6,6743 × 10⁻¹¹ N·m²/kg² et r est la distance entre leurs centres.

Pourquoi ne sent-on pas l'attraction entre deux objets ?

Parce que G est minuscule. Deux personnes de 70 kg à 1 m l'une de l'autre s'attirent avec environ 3,3 × 10⁻⁷ N, à peu près le poids d'un grain de sable.

La pesanteur diminue-t-elle avec l'altitude ?

Oui, avec le carré de la distance au centre de la Terre. À l'altitude de la Station spatiale internationale, environ 400 km, elle vaut encore environ 89 % de sa valeur au sol.

Pourquoi les astronautes flottent-ils alors ?

Ils sont en chute libre permanente autour de la Terre, avec leur vaisseau : ils ne ressentent donc pas leur poids.

Ce calculateur vous a-t-il été utile ?

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