On a tendance à dire que l'espace est plein de vide.
Hors il me semble que pour pouvoir se déplacer, un objet X ou Y doit effectuer une action, pour bénéficier d'une réaction.
MAIS, si dans l'espace il n'y a que du vide, alors il n'y a rien sur quoi s'appuyer...
Donc comment générer cette réaction permettant le mouvement ? (une fois sorti de toute orbite bien sur...)
Je sens qu'un truc m'échappe, je parie que c'est simple mais il me manque le truc faisant le déclic...
Hors il me semble que pour pouvoir se déplacer, un objet X ou Y doit effectuer une action, pour bénéficier d'une réaction.
C'est faux.
« Tout corps persévère dans l'état de repos ou de mouvement uniforme en ligne droite dans lequel il se trouve, à moins que quelque force n'agisse sur lui, et ne le contraigne à changer d'état. » (première loi de Newton)
Tout simplement en propulsant de la matière derrière elle :
Quand on construit une fusée, on a deux carburants : un combustible (hydrogène ?) et un comburant (oxygène ?) (ça peut être un peu ce que l'on veut en fait, et même être dans un seul réservoir, mélangé).
Ensuite, pour décoller, on allume le tout et il se produit une poussée : on éjecte de la matière de la fusée, et comme "pour toute force il se produit une force équivalente, de même sens et de direction opposée" la fusée va subir la force contraire et décoller. Elle accélère comme ça une fois dans l'espace, et même sur Terre. Pour ralentir, il faut un autre "moteur" (ou plutôt lance-flamme) devant, ou il faut tourner la fusée, toujours avec des moteur-lance-flammes (cf. On a marché sur la Lune de Hergé).
Les fusées n'ont pas un moteur à hélice comme un sous-marin ou un avion, mais un... "moteur-fusée" à propulsion
On peut aussi voir ce qui est dit plus haut comme la conservation de la quantité de mouvement du système {fusée + gaz d'échappement} (en l'absence de forces extérieures au système).
Imaginons que l'ensemble (de masse totale <math>\(M\)</math>) soit au repos et immobile dans l'espace. Si la fusée éjecte une masse <math>\(m\)</math> de combustible à la vitesse <math>\(\vec{v}\)</math>, alors la fusée acquière la vitesse : <math>\(\vec{V} = -\frac{m}{M-m}\ \vec{v}\\)</math> car <math>\(\ m\vec{v} + (M-m)\vec{V} = \vec{0}\\)</math> par conservation de la quantité de mouvement.
Remarque amusante : les photons émis par une source lumineuse possèdent eux aussi une quantité de mouvement (même si ils n'ont pas de masse), il est donc théoriquement possible d'avancer dans l'espace avec une lampe torche (après faut pas avoir peur de mourir avant d'avoir parcourut un cm :p)
C'est bien l'échange de quantité de mouvement qui permet de propulser une fusée. Une équation donnant sous certaines conditions la différence de vitesse en fonction de la masse de carburant consommée et d'une caractéristique moteur est l'équation de Ziolkowski. Enfin, il existe de nombreux types de propulsion: froids comme de l'air sous pression, chaud: monergol comme l'hydrazine qui peut aussi être combinée avec d'autres produits pour fonctionner en diergol, le mélange classique hydrogène/oxygène, voir très chaud comme les moteurs électriques en général (plasma, arcjets, resistojets etc...) mais ces technologies ne sont pas utilisables sur des fusées, au moins pour l'instant.
Bonne soirée
Marc
Avez-vous entendu parler de Julia ? Laissez-vous tenter ...
Remarque amusante : les photons émis par une source lumineuse possèdent eux aussi une quantité de mouvement (même si ils n'ont pas de masse), il est donc théoriquement possible d'avancer dans l'espace avec une lampe torche (après faut pas avoir peur de mourir avant d'avoir parcourut un cm :p)
Les photons n'ont pas de masse ? Pourtant, ils ont une énergie, et d'après bebert, <math>\(E = mc^{2}\)</math> donc les photons devraient avoir un poids, même négligeable...
D'ailleurs, les photons sont attirés par la matière (trou noir), donc ils ont bien un poids. Vous pouvez maintenant voir votre lampe de poche comme un moteur à propulsion (de photons) qui a une puissance d'environ 20W...
Exercice :
Analyser TOUTES les forces qui agissent sur le filament d'une lampe de poche en "apesanteur" mais dans des conditions "normales"
(la lampe est alors dans un bocal fermé qui a la même pression que l'air à l'extérieur du bocal, et vous venez de lâcher ce bocal à 1m du niveau de la mer à l'équateur.)
Le photon a une masse nulle. Pourtant, il semble exister un paradoxe concernant cette notion à l'égard du photon. Ainsi, selon l'équation <math>\(E=h\nu\)</math> qui permet de calculer l'énergie d'un photon, et selon l'équivalence entre l'énergie et la masse donnée par l'équation <math>\(E=mc^2\)</math>, on pourrait conclure a priori que le photon présente bien une masse non nulle. Selon cette idée, le photon ultraviolet étant plus énergétique que celui de la lumière visible il aurait ainsi une masse plus grande ! Mais l'équation ne s'applique que dans un référentiel où la particule est au repos. Comme le photon a la vitesse c (la vitesse de la lumière dans le vide) dans tous les référentiels, il faut utiliser la forme plus générale de cette équation : <math>\(E^2=c^2p^2+m^2c^4\)</math>, qui prend en compte la quantité de mouvement p. Cette équation admet une masse invariable nulle m = 0 à condition que E et p soient reliées par E = c•p, ce qui est bien le cas du photon ou de toute particule sans masse.
D'ailleurs, les photons sont attirés par la matière (trou noir), donc ils ont bien un poids.
Non, c'est l'espace-temps qui se déforme en présence d'une masse importante. La lumière suit toujours une géodésique mais celle-ci n'est plus une droite ( effet de lentille gravitationnelle ). C'est la relativité générale.
De manière générale, dès qu'on parle de lumière, on peut oublier la mécanique newtonienne.
remarque : ce qu'a dit Hugooguh est juste, mais n'explique pas vraiment comment font les sondes pour naviguer dans l'espace interplanétaire. Cet espace n'est pas complètement vide, mais ce non-vide n'est pas assez suffisant pour pouvoir être utilisé pour "pousser dessus".
Les fusées pour décoller poussent sur l'air pour s'envoler. S'il n'y a pas assez d'air ou de matière, comment faire ?
La majorité des sondes utilisent la gravitation des planètes pour naviguer. Elles "sautent" de planète en planète. Exemple : une sonde tourne autour de mars et veut aller sur saturne. Alors on déclenche au bon moment un moteur qui pousse sur le peu de matière présent pour que la sonde se décroche de l'attraction de mars. Cette poussée doit avoir lieu au bon moment pour que la sonde parte vers Jupiter. Une fois captée par l'attraction de jupiter, elle tourne autour, prend des belles photos, puis on fait de meme : on commence depuis la terre un bref allumage des "moteurs" (propulseurs, en tout cas), pour que la sonde s'arrache de Jupiter et aille vers saturne.
La vitesse acquise en tournant autour d'une planète serait difficile à atteindre ailleurs ;-)
Conservation de la quantité de mouvement !
On se place dans la referentiel de la fusée/sonde (n'importe quoi) on considere le combustible comme une boule de masse M et de vitesse nul qui explose en plein de petite bille de mase m1,m2 .. mn et de vitesse v1,v2...vn, elles vont donc aller dans toute les direction et on sait que que m1*v1+m2*v2+...mn*vn=0 ON a donc crée du mouvement a partir d'un objet immobile, les billes qui vont derrier (vitesse negative) ne rencontre jamais la fusée, elle ne servent donc à rien, par contre les billes qui vont contre la fusée (vitesse positive) transmetent leur energie à la fusée et on peut refaire une concervation de la quantité de mouvement entre les billes et la fusée avant et apres le choc, on sait qu'elle est conservé, la fusée a donc acceleré!
C'est une representation mais c'est la maniere don't il faut voir le phenomene (du moins je pense)
Pas besoin de support à la propulsion ! Juste des chocs !
Si on ne propulse pas les sondes avec du carburant c'est uniquement parce qu'envoyer du carburant dans l'espace coute extrement cher. On utilise donc le champ de gravité des planetes mais ce n'est qu'un gain de vitesse temporaire qui decroit plus on s'eloigne de la vitesse, au final la sonde retrouve sa vitesse initiale.
Concervation de la quantité de mouvement !
On se place dans la referentiel de la fusée/sonde (n'importe quoi) on considere le combustible comme une boule de masse M et de vitesse nul qui explose en plein de petite bille de mase m1,m2 .. mn et de vitesse v1,v2...vn, elles vont donc aller dans toute les direction et on sait que que m1*v1+m2*v2+...mn*vn=0 ON a donc crée du mouvement a partir d'un objet immobile, les billes qui vont derrier (vitesse negative) ne rencontre jamais la fusée, elle ne servent donc à rien, par contre les billes qui vont contre la fusée (vitesse positive) transmetent leur energie à la fusée et on peut refaire une concervation de la quantité de mouvement entre les billes et la fusée avant et apres le choc, on sait qu'elle est conservé, la fusée a donc acceleré!
C'est une representation mais c'est la maniere don't il faut voir le phenomene (du moins je pense)
Pas besoin de support à la propulsion ! Juste des chocs !
Si on ne propulse pas les sondes avec du carburant c'est uniquement parce qu'envoyer du carburant dans l'espace coute extrement cher. On utilise donc le champ de gravité des planetes mais ce n'est qu'un gain de vitesse temporaire qui decroit plus on s'eloigne de la vitesse, au final la sonde retrouve sa vitesse initiale.
C'est faux : pour toute force il se produit une force équivalente, de même sens et de direction opposée.
Exemple : tu est dans l'ISS, en apesanteur (chanceux!). Tu porte une grosse boîte à outils. Si tu envoies cette boîte à outil fortement vers l'avant, tu va toi-même partir vers l'arrière.
La loi que j'ai énoncée est absolue : la gravitation est réciproque (la terre exerce sur toi un poids d'environ 60 kilos (enfin le même poids qe celui que tu exerce sur elle), comme quoi elle n'est pas tellement lourde finalement ), la poussée d'Archimède est réciproque (tu déplace de l'eau en te mettant dans ton bain, mais l'eau se "venge" en te faisant flotter), bref toutes les forces...
Donc si, dans l'espace, ta fusée souffle un grand coup de vent, elle va partir dans l'autre sens... C'est le principe de la propulsion : tu envoies des choses vers l'arrière pour aller vers l'avant.
PS : Je crois avoir raison, mais corrigez-moi si j'ai tort, après tout je ne suis qu'en seconde...
EDIT : En fait, le combustible ne va pas "exploser", ce n'est ce principe qu'on utilise pour faire bouger une fusée. Si on lâchait du combustible dans l'espace pour ensuite le faire exploser, ça ne marcherait pas pour plusieurs raisons :
- On est dans le vide, donc si on lâche quelque chose au hasard ça ne va pas forcément rester à côté...
- Si la fusée a déjà une certaine vitesse, elle ira pus vite que l'explosion et ça ne servira à rien.
- Surtout, on peut faire beaucoup plus efficace avec la propulsion.
Je répondrais que oui, il a raison de citer la troisième loi de Newton (encore que, dire qu'elle est absolue est un peu vite dit, étant donnée qu'il ne me semble pas qu'on l'applique en mécanique relativiste : elle contient l'idée qu'on peut transmettre instantanément de l'information), mais que je ne vois pas en quoi cela signifie que ce que dit Vael est faux et que par contre, il dit n'importe quoi dans son edit...
Je ferais aussi remarquer que l'étude (même simplifiée) du mouvement d'une fusée pas si simple(si on fait pas attention). Pourquoi, parce que la masse de la fusée n'étant pas constante (elle perd du carburant), la relation <math>\(m\vec{a} = \sum \vec{F}\)</math> n'est plus vérifiée.
(la terre exerce sur toi un poids d'environ 60 kilos (enfin le même poids qe celui que tu exerce sur elle)
AAAAAAH, UN POIDS EN KG ! HÉRÉTIQUE !
Une personne avec une masse de 60kg, sur Terre, pèserait environ 588N. Le poids est une force, donc exprimé en Newton. C'est la masse qui s'exprime en (kilo)gramme, et elle est constante (si on oublie les 'anomalies' et autres casse-tête lorsque la vitesse du corps s'approche de c...), contrairement au poids qui dépend de la gravité.
Bon. Je résous en une ligne, une explication : la fusée est propulsée techniquement par la force du gaz en détente dans la tuyère sur les parois de la tuyère... en clair, les formes de la paroi sont importantes pour assurer la propulsion : elles accroissent la force exercée par le gaz d'échappement sur les parois (internes) de la tuyère, et assure aussi une "détente optimisée" du gaz (pour que la poussée soit maximale sur la surface interne de la tuyère).
Ceci est la vraie explication physique. L'explication de la quantité de mouvement est recevable à condition de savoir ce qu'on fait (connaître entre autres la masse de gaz débité (par unité de temps), ainsi que la vitesse d'échappement du gaz).
Les problèmes relativistes des fusées : danger, car il faudrait que la troisième loi s'applique, ce qui n'est plus le cas (l'action/réaction ne marche pas en relativité). Et puis, en relativité, la conservation de la quantité de mouvement ne suffit pas (il faut la conservation de l'énergie aussi).
Raisonnement non relativiste
À l'instant <math>\(t\)</math>, la fusée a une vitesse (par rapport à la terre) de <math>\(V(t)\)</math>. Notons sa masse <math>\(M(t)\)</math>, le débit de masse de gaz <math>\(\rho\)</math> constant (hypothèse), la vitesse d'échappement des gaz <math>\(u\)</math> constante dans le référentiel accéléré de la fusée.
Il est facile, par application de la conservation de la quantité de mouvement dans le référentiel terrestre supposé galiléen (ou alors par rapport au soleil ou ce que vous voulez si vous voulez être plus rigoureux dans le temps) que :
Cette résolution ne prend pas en compte les effets relativistes. Par ailleurs, une étude de mécanique des fluides de ce qui se passe dans la tuyère de trouver les inconnus <math>\(\rho\)</math> et <math>\(u\)</math>.
si y'a des motivés, je peux aussi poster la version relativiste du problème... !!!
EDIT : juste pour les assoiffés : il faut savoir qu'ici on a considéré un mouvement dans l'espace intersidéral. Il faudrait s'intéresser aussi à ce qui se passe au décollage de la fusée.
Quand on parle dans ce genre de problèmes de la 3ème loi de Newton attention : ça concerne ce qui se passe dans la tuyère (et non au point d'impact comme le sol pour le décollage d'une fusée ).
Indice : solution relativiste : il faut se placer dans le référentiel relativiste accéléré de la fusée, et considérer qu'elle débite dans ce référentiel une quantité de gaz constante... en effet, par rapport au référentiel terrestre, par exemple, les effets relativistes... ont une fâcheuse tendance à affecter un débit différent en fonction du référentiel d'observation (ralentissement des horloges).
J'ai lu quelques absurdités notamment sur le fait que la fusée utilise l'air au décollage, elle ne s'en sert pas plus que dans l'espace, puisque c'est le même moyen de propulsion dans l'air que dans l'espace, à savoir le principe de conservation de la quantité de mouvement :
<math>\(\vec{p} = m * \vec{v}\)</math>
Si on considère M comme étant la masse totale de la fusée carburant compris,
<math>\(\vec{P} = M * \vec{V}\)</math> constant en considérant V comme étant la vitesse du centre de gravité de l'ensemble carburant + fusée (même en considérant le carburant en-dehors de la fusée)
De cette égalité, une simple observation qualitative nous permet de conclure que si la vitesse du carburant diminue (puisque propulsé vers l'arrière, donc diminue par rapport à la vitesse V de l'ensemble du système), l'ensemble carburant + fusée devant garder la même vitesse, la partie "fusée" de l'ensemble va devoir accélérer.
On est d'accord, la partie théorique est complètement fumeuse mais rapide à démontrer. L'explication d'action/réaction me semblait appropriée pour mieux se rendre compte; toutefois elle est dangereuse à invoquer étant donné qu'on peut très vite se perdre à la question "qui réagit avec qui ?", ainsi, dans l'atmosphère, la fusée ne réagit pas avec l'air, même en jetant du carburant dessus. En effet, une fois que le carburant a quitté la fusée, il est seul à réagir avec l'air, celui-ci n'agit donc jamais sur la fusée (hors frottements), c'est pourquoi une fusée se propulse de la même manière dans l'air que dans le vide : l'air n'a aucune insidence (au contraire, les frottements freinent le mouvement).
Il y a aussi un léger problème de qui est la cause de quel effet dans ce que certains ont dit, ce n'est pas la fusée qui propulse le carburant mais bien l'inverse ! Lors de la combustion du carburant, celui-ci dégage des quantités phénoménales de gaz (réaction chimique donc) qui ont du coup un "volume" supérieur au volume originellement pris par le carburant dans le réacteur. (notion intuitive mais en fait fausse, le volume de gaz ne change pas, voyez plutôt ce qu'il se passe réellement : )
Grâce à l'équation des gaz parfaits <math>\(pV = nRT\)</math> on comprend vite ce qu'il se passe, la température augmentant fortement du fait de la combustion, le volume du réacteur restant constant (il est fabriqué en metal rigide), n étant le nombre de molécules de gaz (constant) et R la constante des gaz parfaits (constante aussi donc ), le gaz étant soumis à cette loi voit sa pression augmenter brutalement. D'après la définition de la pression d'un gaz sur une paroi comme étant une force par unité de surface, le gaz exerce donc une force sur les parois du réacteur, ce qui a pour effet de pousser la fusée, mais d'après la troisième loi de newton qui je le rappelle stipule que tout objet exerçant une force sur un autre reçoit de cet autre objet la même force de sens contraire, le gaz est propulsé hors de la fusée.
Attention ! Si la fusée ne permettait pas au carburant de s'échapper elle ne pourrait pas avancer malgré la pression du gaz, en effet celui-ci exercerait alors une pression égale de l'autre côté de la cavité du réacteur, rendant le bilan de ses effets sur le mouvement de la fusée nul. C'est parce qu'il ne peut exercer de pression sur le bas de la fusée que la somme des forces s'exerçant sur celle-ci n'est pas nulle. Le gaz doit donc nécessairement s'échapper.
Vous avez là l'explication détaillée, mais la notion de quantité de mouvement reprend exactement la même chose, avec un principe en plus qui est la conservation de cette quantité de mouvement, qui permet de déterminer l'accélération de la fusée en fonction de la quantité de carburant éjectée par unité de temps !
Voilà je crois que c'est à peu près tout ce que je sais sur le sujet. J'ai abrégé la partie thermodynamique mais si vous voulez un développement encore plus poussé, je peux le faire, mais je pense qu'en gros vous avez compris.
Edit : j'ajouterais que Hugooguh a tort, la relativité restreinte nous apprend que <math>\(E = {{m * c^{2} } \over { \sqrt{ 1 - {{v^2} \over {c^2} } } }\)</math>
v étant égal à c, on se retrouve avec un dénominateur nul et cette équation ne permet donc rien de conclure pour notre ami le photon sur un lien entre masse et énergie ! Il n'y a donc pas de preuve de dire qu'il est faux de dire que le photon a une masse nulle malgré une énergie non nulle. La réelle explication de la "masse" supposée du photon ne peut se donner que par la relativité générale, qui prédit que les astres courbant l'espace-temps, le photon est soumis à la "gravité". Celle-ci peut donc n'être réduite qu'à une simple accélération, et si nous nous trouvions dans une fusée en accélération vers le haut, nous-même debout dans la fusée, nous verions la lumière "tomber" vers le sol (faudrait aller très vite mais imaginez x) ). Or dans un référentiel externe à la fusée qui "ne se déplace pas" (pour être très précis, un référentiel dit en "chute libre", on va y arriver xD), on verait la lumière aller tout droit, et l'abscence de masse du photon n'est pas remise en cause.
Tout ça pour dire que les photons c'est une affaire de relativité, on peut pas dire tout et n'importe quoi dessus, le fait qu'ils obéissent à la gravité ne prouve en aucun cas qu'ils ont une masse, car les lois sur la gravité de la relativité générale stipulent qu'elle n'est qu'une accélération due à une déformation spatio-temporelle, un objet suivant cette déformation, ayant une masse nulle ou non vera donc forcément sa trajectoire modifiée.
Et puis désolé mais :
citation Hugooguh : et d'après bebert
Justement t'aurais eu mieux fait de prêter attention à ce qu'il a réellement dit sur le sujet. En relativité ça marche plus !
Comment se propulse une fusée...
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