La gravitation visualisee

Visualiser la gravitation par l'expérience du draps

Difficulté

Easy Facile

Durée

30 minute(s) minute(s)

Disciplines scientifiques

Astronomie, Physique

Gravité, gravitation, draps, visualiser, Newton, Einstein, force, attraction, relativité, espace, temps La_gravitation_visualisee_gravitation_visualis_e.png

Introduction

Atelier – La Gravitation visualisée

La gravitation est une interaction physique responsable de l’attraction des corps avec une masse.

Le but de l’atelier est de comprendre comment fonctionne la gravitation par des expériences visuelles qui simulent notre système solaire.

Étape 1 - Rassembler le matériel

Matériel :

• Un draps (ou toile souple)
• Des balles de poids différents (boule de pétanque, balle de tennis, balle de ping-pong, billes...)

Étape 2 - Tendre un draps à l’horizontal

Tendre un drap à l’horizontal à l’aide des participants ou de supports (chaises par exemple) . Ce drap représente l’espace-temps. L'espace-temps est une représentation mathématique de l'espace et du temps comme deux notions inséparables et s'influençant l'une l'autre. Cette idée d’un espace-temps déformé par la masse provient de la théorie de la relativité générale d’Albert Einstein (1915).

⚠️ Attention : le drap est une représentation simplifiée. En réalité, l’espace est déformé dans toutes les directions, pas seulement vers le bas, et il n’y a pas de gravité « extérieure » qui tire les objets vers le centre du drap.

Étape 3 - Placez une boule de pétanque au centre

Demandez à une personne de placer une boule de pétanque (ou un autre objet lourd) au centre du draps. Cette boule représente ici le Soleil. Le Soleil est une étoile située au centre du système solaire : une énorme boule de gaz (surtout hydrogène et hélium) âgée d’environ 4,6 milliards d’années, dont l’énergie provient de la fusion nucléaire et rend possible la vie sur Terre en fournissant lumière et chaleur. Le Soleil représente à lui seul environ 99,854 % de la masse du système solaire, Jupiter représentant plus des deux tiers du reste.

Que remarque-t-on ?

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Réponse : « On remarque que la boule de pétanque déforme ("creuse") le draps. Autrement dit, le Soleil déforme ("creuse") l'espace-temps proche de lui »

Étape 4 - Le principe de la gravitation

Lancez sur le draps une balle de tennis et observer se qu’il se passe.

Cette balle représente ici une planète. Dans le système solaire on trouve huit planètes avec plus de deux-cents lunes, les cinq planètes naines et leurs neuf satellites connus, ainsi que des milliards de petits corps (les astéroïdes, les comètes, les poussières cosmiques, etc.).

Que remarque-t-on ?

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Réponse : « On remarque que la balle de tennis suit les déformations du draps et se rapproche de la boule de pétanque. Autrement dit, la planète suit les déformations de l'espace-temps et se rapproche du Soleil. La planète suit la géométrie de l’espace-temps déformé par le Soleil, ce qui se manifeste comme une attraction gravitationnelle »

Étape 5 - Les différents paramètres

Nous allons étudier comment est modifiée la trajectoire de la balle de tennis en fonction de ses différents paramètres physique :

• La masse
• La direction initiale
• La vitesse initiale
• La distance initiale

Étape 6 - La masse

Lancez à plusieurs reprises des objets de masses différentes à chaque fois :

• une bille (une masse légère) représentant un astéroïde,
• une balle de tennis (une masse modérée) représentant une planète,
• une autre boule de pétanque (une masse lourde) représentant une autre étoile comme le Soleil

Voici les ordres de grandeur des masses (en kilogrammes), du plus massif au plus petit :

• Soleil : ~ 10³⁰ kg
• Planètes :
  • planètes géantes (Jupiter, Saturne…) : ~ 10²⁶ à 10²⁷ kg
  • planètes telluriques (Terre, Mars…) : ~ 10²³ à 10²⁴ kg
• Astéroïdes :
  • gros astéroïdes (comme Cérès) : ~ 10²⁰ à 10²¹ kg
  • petits astéroïdes : ~ 10⁹ à 10¹⁵ kg

Que remarque-t-on ?

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Réponse : « 

• La bille déforme peu le draps et se déplace rapidement vers la boule de pétanque qui elle déforme beaucoup le draps. Autrement dit l'astéroïde est très attiré par le Soleil.
• La balle de tennis déforme modérément le draps et se déplace un peu plus lentement vers la boule de pétanque. Autrement dit la planète est attiré modérément vers le Soleil.
• L'autre boule de pétanque déforme, de manière identique à la première, beaucoup le draps et se déplace encore un peu plus lentement vers la première boule de pétanque et elles s'attirent mutuellement. Autrement dit l'autre étoile et le Soleil s'attirent mutuellement.

Conclusion : En réalité, à masse égale du Soleil, tous les objets chutent de la même façon : ce n’est pas leur masse qui change leur trajectoire, mais la déformation qu’ils créent eux-mêmes de l’espace-temps.»

Étape 7 - La direction initiale

Lancez à plusieurs reprises la balle de tennis avec une direction différente à chaque fois :

• vers la boule de pétanque,
• vers l’extérieur du draps et
• dans la direction perpendiculaire.

Que remarque-t-on ?

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Réponse : « La direction initiale de l’objet lancé modifie la forme de sa trajectoire : rectiligne, elliptique (cas particulier : circulaire)...»

Étape 8 - La vitesse initiale

Lancez à plusieurs reprises la balle de tennis avec une vitesse différente à chaque fois :

• vitesse lente,
• vitesse modérée et
• vitesse rapide

Voici les ordres de grandeur des vitesses en km/h :

• Planètes autour du Soleil : ~ 10⁵ km/h (ex. Terre ≈ 1,1 × 10⁵ km/h)
• Astéroïdes : ~ 10⁵ km/h (même ordre de grandeur que les planètes)
• Soleil (autour du centre de la Voie lactée) : ~ 10⁶ km/h (≈ 7 × 10⁵ km/h)

Que remarque-t-on ?

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Réponse : « La vitesse initiale de l’objet lancé modifie la taille de sa trajectoire et son nombre de tour (révolution) autour de la boule de pétanque »

Étape 9 - La distance initiale

Lancez à plusieurs reprises la balle de tennis avec une distance initiale de la boule de pétanque différente à chaque fois :

• petite distance,
• modérée distance et
• grande distance

Voici les ordres de grandeur des distances au Soleil (en kilomètres) :

• Planètes : ~ 10⁸ à 10⁹ km (ex. Terre ≈ 1,5 × 10⁸ km)
• Astéroïdes (ceinture principale) : ~ 10⁸ km(entre Mars et Jupiter)
• Objets très lointains (au-delà de Neptune, Kuiper…) : ~ 10¹⁰ km

Que remarque-t-on ?

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Réponse : « La distance initiale de l’objet lancé modifie aussi la taille de sa trajectoire et son nombre de tour (révolution) autour de la boule de pétanque »

Étape 10 -

Dernière modification 23/01/2026 par user:ZAB.

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