Force Gravitationnelle B404Ab
1. **Énoncé du problème :**
Calculer la force gravitationnelle exercée par la Terre sur un satellite GPS en orbite à une altitude de $2,00 \times 10^{4}$ km.
2. **Formule utilisée :**
La force gravitationnelle entre deux masses est donnée par la loi de la gravitation universelle de Newton :
$$F = G \frac{M m}{r^{2}}$$
avec :
- $F$ la force gravitationnelle,
- $G = 6,67 \times 10^{-11} \text{ N}\cdot\text{m}^2/\text{kg}^2$ la constante gravitationnelle,
- $M = 5,97 \times 10^{24} \text{ kg}$ la masse de la Terre,
- $m = 700 \text{ kg}$ la masse du satellite,
- $r$ la distance entre le centre de la Terre et le satellite.
3. **Calcul de la distance $r$ :**
Le satellite est à une altitude de $2,00 \times 10^{4}$ km au-dessus de la surface de la Terre.
Le rayon de la Terre est $R = 6 371$ km.
Donc :
$$r = R + \text{altitude} = 6 371 + 20 000 = 26 371 \text{ km} = 2,6371 \times 10^{7} \text{ m}$$
(on convertit en mètres en multipliant par 1000).
4. **Calcul de la force :**
$$F = 6,67 \times 10^{-11} \times \frac{5,97 \times 10^{24} \times 700}{(2,6371 \times 10^{7})^{2}}$$
Calculons le dénominateur :
$$(2,6371 \times 10^{7})^{2} = 6,954 \times 10^{14}$$
Calculons le numérateur :
$$5,97 \times 10^{24} \times 700 = 4,179 \times 10^{27}$$
Donc :
$$F = 6,67 \times 10^{-11} \times \frac{4,179 \times 10^{27}}{6,954 \times 10^{14}} = 6,67 \times 10^{-11} \times 6,012 \times 10^{12} = 400,8 \text{ N}$$
5. **Interprétation :**
La force gravitationnelle exercée par la Terre sur le satellite GPS est d'environ $401$ newtons, ce qui correspond à la force qui maintient le satellite en orbite.
6. **Représentation :**
La force est dirigée vers le centre de la Terre, indiquant une attraction gravitationnelle.
**Réponse finale :**
$$\boxed{F \approx 401 \text{ N}}$$