Question:
Pourquoi l'accélération de la Terre vers la Lune ne s'accumule-t-elle pas pour créer un mouvement notable de la Terre vers la Lune
Ali
2019-05-25 17:09:36 UTC
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Je comprends que la masse de la Terre est très grande, donc son accélération est très petite.Mais l'accélération ne s'accumulerait-elle pas sur une période de temps et ne deviendrait-elle pas perceptible?

Connexes: https://physics.stackexchange.com/q/454332/2451 et liens y figurant.
Ah, mais une partie du temps la lune est en avance sur la terre, une partie du temps elle est derrière la terre, et une partie du temps elle est d'un côté ou de l'autre de la terre alors que la terre fait son voyage annuel autour du soleil (qui bouge également, mais ignorez cela pour l'instant)Les choses ont tendance à s'annuler.S'ils ne l'avaient pas fait, la lune se serait écrasée il y a longtemps sur la terre, nous n'existerions pas, et cette discussion n'aurait jamais (* & (* & (* NO CARRIER
@BobJarvis Je voterai pour cela si vous le postez comme réponse.C'est beaucoup plus simple que toutes les autres réponses ici.La lune est parfois d'un côté et parfois de l'autre, de sorte que l'accélération "s'accumule" jusqu'à zéro changement de vitesse.
Le titre de la question a été modifié pour ajouter une question supplémentaire qui ne figure pas dans le corps et qui n'était pas présente lorsque la majorité des réponses ont été données.Ont modifié pour revenir.
Sept réponses:
Thomas Fritsch
2019-05-25 17:37:11 UTC
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Il semble que vous ayez le même malentendu que la plupart des gens avant de bien comprendre la physique newtonienne. Ils pensent: seule la lune tourne autour de la terre et la terre reste immobile. Mais c'est faux.

En fait, la terre accélère vers la lune, de la même manière que la lune accélère vers la terre.

Et c'est pourquoi non seulement la lune, mais aussi la terre tourne autour de leur barycenter commun (le $ \ color {red} {+} $ dans l'animation ci-dessous), mais avec un rayon plus petit.

animation
(image animée de Wikipedia: Barycenter - Gallery)

Edit (en réponse à la question posée dans le commentaire, maintenant déplacé vers le chat):

La force attractive pointe verticalement vers le centre de la terre. Il n'a pas de composante horizontale. Par conséquent, cette force n'ajoute aucune vitesse horizontale au mouvement de la lune. La lune avait déjà une vitesse horizontale depuis sa création il y a un milliard d'années. La force attractive n'agit que verticalement. Par conséquent, le chemin de la lune est une courbe qui se penche vers la terre, au lieu d'une simple ligne droite.

La même chose s'applique à vous lorsque vous vous tenez sur la terre. La force d'attraction n'ajoute aucune vitesse horizontale à votre mouvement, Et comme vous n'aviez pas de vitesse horizontale depuis le début, ça reste comme ça.

Les commentaires ne sont pas destinés à une discussion approfondie;cette conversation a été [déplacée vers le chat] (https://chat.stackexchange.com/rooms/94135/discussion-on-answer-by-thomas-fritsch-why-doesnt-the-earths-acceleration-towa).
Est-ce la même chose pour la relation entre la Terre et le Soleil?
@kukis En principe oui.Mais c'est plus compliqué, car il y a plus de planètes en plus de la Terre.Vous devez donc considérer le barycentre du soleil et de toutes les planètes ensemble.
Une image animée doit valoir 10 000 mots.
Cela ne répond pas à la question.Un fait intéressant mais pas la raison pour laquelle la Terre n'est pas attirée vers la Lune.C'est expliqué par le commentaire d'@Bob Jarvis sur la question.La lune est "derrière" la Terre la moitié du temps, ce qui la ramènerait à nouveau.
tfb
2019-05-25 17:53:52 UTC
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C'est le cas: la Terre et la Lune s'accélèrent l'une vers l'autre tout le temps. Comme vous le dites, l'accélération de la Lune est nettement plus importante que celle de la Terre. Les deux corps finissent donc par suivre des trajectoires pour lesquelles l'accélération est toujours vers l'autre: ces trajectoires, bien sûr, sont les orbites qu'ils empruntent autour d'un point commun, qui est le barycentre de la Terre- Système lunaire. C'est le centre de masse du système, et pour un système de masses à deux corps $ m_1 $ , $ m_2 $ la distance du centre du $ i $ 'ème corps est donnée par

$$ d_i = r \ frac {m_j} {m_i + m_j} $$

$ r $ est la séparation des centres des corps, $ i, j \ in \ {1 , 2 \} $ et $ j \ ne i $ .

Si vous prenez le système Terre-Lune et supposez que l'orbite est circulaire (ce qui est une assez bonne approximation je pense), alors pour la Terre, nous obtenons $ d_1 \ approx 4671 \, \ mathrm {km} $ , ce qui signifie que la Terre est en orbite (et donc accélère vers) un point à peu près aussi éloigné de son centre. Ce point est à l'intérieur de la Terre, sinusoïdal le rayon de la Terre est d'environ $ 6371 \, \ mathrm {km} $ .

En revanche, pour le système Pluton-Charon, le barycentre est à l'extérieur de Pluton, et les corps peuvent être clairement vus en orbite autour d'un point central commun: la page Wikipédia pour le barycentre a une petite animation composée d'images de New Horizons qui le montre.


"Accumulation d'accélération"

Je voulais aborder l'autre notion, à savoir que l'accélération «s'accumule» d'une manière ou d'une autre. C'est vrai, dans le sens où la vitesse de quelque chose est l'intégrale de son accélération dans le temps:

$$ \ vec {v} (t) = \ vec {v} (t_0) + \ int \ limits_ {t_0} ^ t \ vec {a} (\ tau ) \, d \ tau $$

Mais le point critique ici est que $ \ vec {v} $ & $ \ vec {a} $ sont des vecteurs , ce qui signifie que nous pouvons organiser la vie pour que cette intégrale ne devienne pas très grande, même si l ' magnitude des vecteurs n'est jamais nulle (en fait, même si elle est constante ).

L'exemple évident est donc de penser à une accélération comme celle-ci, en coordonnées cartésiennes en 2 dimensions:

$$ \ vec {a} (t) = (a \ sin \ omega t + a \ cos \ omega t) $$

Nous pouvons l'intégrer pour obtenir $ \ vec {v} (t) $ (en supprimant la constante d'intégration que nous pouvons faire en toute sécurité car cela implique un changement de cadre):

$$ \ vec {v} (t) = \ left (- \ frac {a} {\ omega} \ cos \ omega t, \ frac {a} {\ omega} \ sin \ omega t \ right) $$

Et nous pouvons réintégrer pour obtenir la position, $ \ vec {p} (t) $ , en laissant à nouveau tomber la constante d'intégration qui correspond à un choix de origine des coordonnées:

$$ \ begin {align} \ vec {p} (t) & = \ left (- \ frac {a} {\ omega ^ 2} \ sin \ omega t, - \ frac {a} {\ omega ^ 2} \ cos \ omega t \ right) \\ & = - \ frac {1} {\ omega ^ 2} \ vec {a} (t) \ end {align} $$

Eh bien, maintenant, c'est le mouvement dans un cercle, bien sûr, et surtout, la magnitude de l'accélération, $ | \ vec {a} (t) | = a $ : c'est constant. Et la direction de $ \ vec {a} (t) $ est toujours vers le centre du cercle.

C'est ce qui se passe dans les systèmes en orbite: les corps accélèrent continuellement vers le barycentre du système, et si l'orbite est circulaire, alors ils ne s'en rapprochent jamais, et l'amplitude de l'accélération est constante (si les orbites sont elliptiques, elles s'approchent d'& et s'en éloignent, et l'amplitude de l'accélération varie avec le temps).

Si la Terre et la Lune accélèrent l'une vers l'autre * tout * le temps, comment la perdons-nous à ~ 4 cm par an?On suppose que le soleil nous dévorera avant qu'il ne le fasse jamais, mais si ce n'était pas dans les cartes, à un moment donné, il ne fera rien d'autre que d'accélérer * loin * de la terre.Non?
@Mazura: Non, cela ne le fera jamais.Toutes choses étant égales par ailleurs, le système Terre-Lune finira par se verrouiller sur les marées, à quel point le rayon orbital n'augmentera plus (et en fait commencera * très * lentement à diminuer en raison du rayonnement gravitationnel).
BioPhysicist
2019-05-25 17:25:33 UTC
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L'accélération de la Terre se fait vers la lune (en ignorant les forces d'autres choses telles que le soleil).C'est parce que la force de gravité entre eux est dans la même direction que la ligne géométrique qui les relie, et selon la deuxième loi de Newton, l'accélération due à une force est dans la même direction que cette force.Considérant simplement un système Terre-Lune, ils gravitent tous les deux autour du centre de masse du système.Ainsi, les deux corps subiraient une accélération, où l'accélération d'un corps est vers l'autre.

Je ne sais pas ce que vous entendez par accumulation d'accélération.Les forces déterminent l'accélération.L'accélération n'est pas quelque chose qui s'accumule avec le temps.C'est juste le résultat de la force nette actuelle agissant sur un objet.

L'accélération sera minime en raison de l'énorme masse de la terre.Mais dans ce cas, il y a une force gravitationnelle constante exercée par la lune sur la terre.Étant donné que la lune exerce cette force gravitationnelle sur la terre tout le temps, cette minuscule accélération n'augmentera pas et ne s'ajoutera donc pas à une accélération notable suffisante pour déplacer la terre.C'est ce que je voulais dire.Bien sûr, je comprends maintenant que la Terre accélère vers la Lune grâce à un certain nombre de réponses que les gens ont données.
@Ali La Terre * bouge *: ce n'est pas parce que l'accélération est dirigée vers la lune que la trajectoire doit l'être.La direction du mouvement est la direction de la vitesse, pas l'accélération.
garyp
2019-05-25 17:43:00 UTC
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L'accélération de la Lune due à la force de la Terre est perpendiculaire à la vitesse de la Lune. C'est pourquoi le chemin de la lune est un cercle. Il en va de même pour l'accélération de la Terre due à la force de la Lune. L'accélération de la Terre est perpendiculaire à sa vitesse. Par conséquent, il ne "s'accumule" pas; la Terre suit un chemin circulaire, tout comme la Lune.

En fait, la Lune ne tourne pas autour de la Terre. Il tourne autour du centre de masse commun du système Terre-Lune. La même chose est vraie de la Terre; il tourne autour du centre de masse commun. Cependant, le centre de masse du système se trouve à l'intérieur de la Terre, de sorte que le rayon de l'orbite de la Terre est beaucoup plus petit que le rayon de l'orbite de la Lune et est ignoré à de nombreuses fins. Il est détectable et doit être pris en compte lors de calculs astronomiques précis.

S'il est vrai que les orbites sont en fait elliptiques, ce fait n'a aucun rapport avec la question de savoir si l'accélération s'accumule ou non.

"L'accélération de la Lune due à la force de la Terre est perpendiculaire à la vitesse de la Lune. C'est pourquoi la trajectoire de la Lune est un cercle." Ce n'est pas vrai.L'orbite est elliptique avec une excentricité supérieure à 0,05, ce qui n'est pas négligeable.Par conséquent, l'accélération n'est pas perpendiculaire, mais a un angle variable.
L'orbite de la Lune (et de toutes les planètes) est une ellipse: cela était connu de Kepler avant même Newton.
Cathy
2019-05-27 08:29:33 UTC
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Pourquoi l'accélération de la Terre vers la Lune ne s'accumule-t-elle pas pour pousser la Terre hors de son orbite?

Parce que la Terre n'orbite pas autour du Soleil, c'est le cas du centre de masse du système Terre-Lune. La Terre et la Lune gravitent à leur tour autour de ce centre de masse.

Les orbites sont une conséquence du mouvement, qui est correctement mesuré par l'énergie cinétique. Afin de changer une orbite, de l'énergie cinétique doit être dépensée pour ralentir, accélérer ou rediriger l'entité en orbite. L'orbite de la Terre et de la Lune est en grande partie conservatrice et ne produit ni ne consomme d'énergie, ils ne peuvent donc pas modifier leur orbite.

Mais l'accélération ne s'accumulerait-elle pas sur une période de temps et ne deviendrait-elle pas perceptible?

Non. Lorsque vous accélérez dans votre voiture, vous appliquez une accélération. Lorsque vous freinez, vous appliquez plus d'accélération (vous pouvez le prouver en faisant asseoir votre ami dans la voiture avec un accéléromètre). Le résultat n'est pas que votre voiture roule très vite , le résultat est que votre voiture est à l'arrêt. La direction de l'accélération est également importante.

Pour les corps en orbite, l'accélération est telle qu'elle est toujours orthogonale à la vitesse, donc elle ne change que la direction du mouvement, jamais sa vitesse. Il se trouve également que cela est assez prévisible, donc le changement de direction entraîne le déplacement de l'orbiteur dans un cercle.

L'accélération transmise à la Terre par la Lune ne la fera pas entrer en collision, car la direction de l'accélération est toujours vers la Lune. La Terre a déjà une grande vitesse orthogonale à cette direction (c'est-à-dire qu'elle vole "au-delà" de la Lune), donc l'accélération ne peut courber sa trajectoire qu'en cercle.

En général, vous pouvez penser aux orbites comme tombant vers un objet, mais manquant constamment .

Bonne réponse, mais l'accélération est seulement * exactement * orthogonale à la vitesse pour toute l'orbite si l'orbite est un cercle parfait.Dans une orbite elliptique, il est orthogonal lorsque l'orbiteur est au [apsides] (https://en.wikipedia.org/wiki/Apsis), c'est-à-dire lorsqu'il est le plus proche et le plus éloigné du barycentre.
Michael Walsby
2019-05-25 17:55:06 UTC
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La lune s'éloigne en fait de la Terre;Il y a 4 milliards d'années, c'était beaucoup plus proche.

La lune soulève des marées qui ont pour effet de ralentir la rotation de la Terre, de sorte que la longueur du jour est maintenant beaucoup plus longue qu'elle ne l'était auparavant, mais une partie de l'énergie qui a été perdue par la Terre a été capturée par lelune, et il l'a propulsé sur une orbite plus élevée.Il s'éloigne encore de nous au rythme de quelques centimètres par an.

Ce n'est pas une chose utile à évoquer dans ce contexte.Le PO doit comprendre les bases de la mécanique orbitale avant que l'évolution à long terme du système ne puisse être autre chose qu'une distraction déroutante.
Je sais ce que tu veux dire et c'est quelque chose que j'ai déjà compris.La détection du mouvement du plus grand corps est l'un des moyens par lesquels les astronomes trouvent des exoplanètes.
my2cts
2019-05-29 00:38:39 UTC
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La Terre est en chute libre.Nous ne subissons une accélération que parce que nous ne sommes pas en son centre, par les forces de marée et à cause de sa rotation.



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