QCM : Forces et champ gravitationnel — 10 questions

Questions et réponses du QCM

1. Que décrit la loi de gravitation de Newton entre deux corps de masse ponctuelle ?

Une force répulsive entre les deux corps
Une force attractive entre les deux corps
Une force de contact agissant à leur surface
Une force électrique dépendant de leurs charges

Une force attractive entre les deux corps

Explication

Cette loi décrit l’attraction gravitationnelle entre deux masses ponctuelles. La gravitation newtonienne ne correspond donc pas à une force répulsive, contrairement à une confusion fréquente.

2. Quelle valeur approchée attribue-t-on à la constante gravitationnelle GG ?

9,81 N m2 kg−29{,}81\ \mathrm{N\,m^2\,kg^{-2}}
1,50×1011 N m2 kg−21{,}50 \times 10^{11}\ \mathrm{N\,m^2\,kg^{-2}}
6,667×10−11 N m2 kg−26{,}667 \times 10^{-11}\ \mathrm{N\,m^2\,kg^{-2}}
6,667×1011 N m2 kg−26{,}667 \times 10^{11}\ \mathrm{N\,m^2\,kg^{-2}}

$$6{,}667 \times 10^{-11}\ \mathrm{N\,m^2\,kg^{-2}}$$

Explication

La constante gravitationnelle vaut environ 6,667×10−11 N m2 kg−26{,}667 \times 10^{-11}\ \mathrm{N\,m^2\,kg^{-2}}. Une puissance de dix positive ou une valeur comme 9,819{,}81 correspondrait à une autre grandeur physique.

3. Comment définit-on l’intensité du champ gravitationnel en un point ?

L’énergie gravitationnelle accumulée par unité de volume
La force gravitationnelle totale exercée sur un corps donné
La force gravitationnelle par unité de masse en ce point
La masse gravitationnelle totale présente autour de ce point

La force gravitationnelle par unité de masse en ce point

Explication

L’intensité du champ gravitationnel mesure la force gravitationnelle subie par unité de masse. Elle ne représente donc pas la force totale exercée sur un corps particulier, car cette force dépend de sa masse.

4. Quelle caractéristique décrit correctement l’intensité du champ gravitationnel ?

C’est une grandeur scalaire définie par une valeur positive
C’est une grandeur vectorielle orientée perpendiculairement à la force
C’est une grandeur scalaire déterminée par la masse du corps test
C’est une grandeur vectorielle orientée comme la force subie

C’est une grandeur vectorielle orientée comme la force subie

Explication

Le champ gravitationnel est vectoriel et sa direction est celle de la force qu’une masse ponctuelle subirait au point considéré. Le traiter comme une grandeur scalaire ferait perdre l’information sur sa direction.

5. Quelle comparaison entre un champ radial et un champ gravitationnel constant est correcte ?

Le champ radial possède des lignes parallèles, tandis que le champ constant pointe vers la masse qui le crée.
Le champ radial est dépourvu de direction, tandis que le champ constant varie autour de la masse créatrice.
Le champ radial et le champ constant ont des lignes circulaires qui s’espacent selon la distance.
Le champ radial pointe vers la masse, tandis que le champ constant possède des lignes parallèles et régulièrement espacées.

Le champ radial pointe vers la masse, tandis que le champ constant possède des lignes parallèles et régulièrement espacées.

Explication

Autour d’une masse ponctuelle, le champ est radial et dirigé vers cette masse, alors qu’un champ constant est représenté par des lignes parallèles et régulièrement espacées. Ces géométries distinguent les deux configurations.

6. Que stipule la première loi de Kepler concernant l’orbite d’une planète ?

Elle est une ellipse dont la planète occupe l’un des foyers.
Elle est une ellipse dont le Soleil occupe l’un des foyers.
Elle est une parabole dont le Soleil se trouve sur la directrice.
Elle est un cercle dont le Soleil occupe exactement le centre.

Elle est une ellipse dont le Soleil occupe l’un des foyers.

Explication

La première loi de Kepler décrit une orbite elliptique ayant le Soleil pour l’un de ses foyers. Elle ne place donc pas nécessairement le Soleil au centre géométrique de l’ellipse.

7. Que signifie la deuxième loi de Kepler pour le mouvement d’une planète ?

La planète parcourt des distances égales pendant des temps égaux sur son orbite.
La planète conserve une vitesse identique quelle que soit sa position orbitale.
Le rayon de l’orbite reste constant pendant toute la révolution de la planète.
Le segment Soleil-planète balaie des aires égales pendant des temps égaux.

Le segment Soleil-planète balaie des aires égales pendant des temps égaux.

Explication

La deuxième loi affirme que le segment reliant le Soleil à la planète balaie des aires égales pendant des intervalles de temps égaux. Elle ne dit pas que les distances parcourues ni les vitesses sont constantes.

8. Dans quelles conditions la force gravitationnelle peut-elle maintenir une orbite circulaire constante ?

Avec des frottements, elle compense la perte d’énergie et fournit la force centripète.
Avec une poussée tangentielle, elle maintient une vitesse constante autour de l’orbite.
En présence d’une force de contact, elle équilibre la force centripète nécessaire.
En l’absence de frottement, elle constitue la seule force et fournit la force centripète.

En l’absence de frottement, elle constitue la seule force et fournit la force centripète.

Explication

Pour une orbite circulaire constante sans frottement, la force gravitationnelle est la seule force exercée et fournit la force centripète. Les frottements dissiperaient de l’énergie au lieu de maintenir l’orbite.

9. Comment définit-on la vitesse d’échappement d’un objet soumis à un champ gravitationnel ?

La vitesse instantanée correspondant à une accélération gravitationnelle nulle
La vitesse maximale atteinte avant de retomber vers l’astre attracteur
La vitesse moyenne nécessaire pour maintenir une orbite circulaire stable
La vitesse minimale permettant de s’éloigner sans apport d’énergie supplémentaire

La vitesse minimale permettant de s’éloigner sans apport d’énergie supplémentaire

Explication

La vitesse d’échappement est le seuil minimal qui permet à l’objet de quitter le champ gravitationnel sans recevoir d’énergie supplémentaire. Une vitesse quelconque ou une vitesse maximale ne correspond donc pas à cette définition.

10. De quels paramètres dépend la vitesse d’échappement d’un corps céleste ?

De la masse et du rayon du corps qui crée le champ gravitationnel
De la température et de la composition chimique de l’objet lancé
De la durée du trajet et de la direction initiale du mouvement
De la luminosité et de la période de rotation de l’astre attracteur

De la masse et du rayon du corps qui crée le champ gravitationnel

Explication

La vitesse d’échappement dépend de la masse et du rayon de l’objet qui génère le champ gravitationnel, qu’il s’agisse d’une planète, d’une lune ou d’un trou noir. Les autres paramètres proposés ne déterminent pas directement ce seuil gravitationnel.

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Que décrit la loi de gravitation de Newton ?

La force attractive entre deux corps de masse ponctuelle.

Quelle est la valeur de la constante de gravitation G ?

G vaut 6,667 × 10−11Nm2kg−210^{-11} N m^2 kg^{-2}.

Quelle distance r utilise-t-on pour estimer la force gravitationnelle Terre-Soleil ?

On utilise r = 1,5 × 101110^{11} m.

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