Remerciez-le!

Remerciez @Admin pour avoir partagé cet document gratuitement, de la manière la plus simple, en partageant sur les réseaux sociaux.

Joyce Nya Braikhna Mahmood Astronomie et astrophysique 203-EES-05 gr.02 et 03 L

Joyce Nya Braikhna Mahmood Astronomie et astrophysique 203-EES-05 gr.02 et 03 Le train gravitationnel Travaille présenter à Claude Beaucaire Département de Physique 18 octobre 2021 Table des matières Introduction.………………………………………………………………………………………...p.3 Composition des planètes………………………………………………………………..…..…..p.3- 4 Possibilités de creuser à travers la Terre ?……………………………………………..………p.4- 5 Conclusion……………………………………………...……………...……………...…………...p.5 Annexe 1……………………………………………………………………………………………p.6- 12 Annexe 2…………………………………………………………………………………………….p.12 Médiagraphie et bibliographie…………………………………………………………………… p.13 Introduction La course pour trouver des moyens plus efficaces et moins polluants de se déplacer ne fait qu’évoluer. Les ingénieurs ont essayé beaucoup d'alternatives au gaz par exemple l'électricité, l’hydrogène pour n'en citer que quelques-uns. Cependant, une des forces que nous n’avons pas encore exploitée pour nos déplacements est la force de gravité. Pour ce faire, il suffirait de creuser un trou à travers la croute et le manteau terrestre pour voyager d’une ville à une autre exclusivement grâce à l’attraction gravitationnelle. C’est l'une des idées que le scientifique du 17e siècle Robert Hooke proposa, dans une de ces lettres à Isaac Newton. Théoriquement, ce projet semble faisable et c'est ce dont nous allons discuter tout au long de ce rapport. C'est en analysant premièrement, la composition et la structure de la Terre, ensuite en la comparant avec d'autres astres du système solaire et finalement en démontrant les concepts scientifiques sur l'attraction gravitationnelle que nous pourrons démontrer si le projet est réalisable. Comparaisons planètes du systèmes solaires Il existe trois types d’objets dans notre système solaire excluant les objets de transition : les planètes joviennes, les objets telluriques et les objets ganymédiens. Ils ont tous des compositions différentes. Commençons par les planètes joviennes dont Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune font partie. Ces planètes sont majoritairement constituées d’élément léger comme l’hélium et l’hydrogène comme couche extérieur et deviennent de plus en plus denses en allant vers le centre. Après la couche de gaz, on retrouve de la glace, des roches puis finalement des métaux. Leur caractéristique distincte est la constitution de leur atmosphère. Prenons pour exemple la planète la plus massive du système solaire : Jupiter. N'ayant pas de surface rigide, celle-ci est composée de 75% d’hydrogène et 25% d’hélium. Elle est aussi entourée d'anneaux de poussières semblables à ceux de saturne, mais plus difficiles à remarquer de la Terre. Tout d'abord son atmosphère est constituée d’hélium, d’hydrogène et de faible quantité de méthane et d’ammoniaque. Plus on avance vers le centre de planète, plus la densité et la pression augmentent et l'on y retrouve de l’hélium, de l’hydrogène métallique, de la glace d’ultra haute pression et un noyau de fer et silicates. Jupiter est connu pour une tache sur sa surface qu’on appelle l’œil de Jupiter. Cette tâche est un anticyclone géant de son atmosphère provoquée par la chaleur interne de Jupiter. Ensuite, il y a les objets telluriques comme Mercure, Vénus, Terre, la lune, Mars et Io. Ils sont généralement formés de trois enveloppes emboitées qui sont une croûte solide constituée de roches, un manteau silicaté et un noyau métallique. Leur caractéristique principale est la présence d'une croûte solide contrairement aux planètes joviennes. De plus, les planètes telluriques sont plus petites que les planètes joviennes et elles sont aussi plus denses. Cette différence en densité et en volume s'explique par le fait que les planètes telluriques sont constituées de roches et de métaux solides, ce qui fait en sorte qu'ils sont plus lourds et plus denses. Quant aux astres de type joviennes, ils sont principalement constitués de gaz. Sans compter que les corps telluriques possèdent des atmosphères secondaires tandis que les planètes joviennes en possèdent une seule. Par exemple, la Terre, un corps tellurique, comporte une atmosphère constituée de 78% de diazote, 21% de dioxygène, 1% d’argon et 0.041% de dioxyde de carbone. Ensuite, nous avons la croûte solide ( la croûte terrestre) qui constitue 1,5% du volume de la Terre et est essentiellement constituée de granitoïdes et de roches métamorphiques. Puis nous avons le manteau qui représente 82% du volume terrestre. Le manteau terrestre est composé d'une partie inférieure visqueuse qui est formée de roches en fusion et d'une partie supérieure plus solide. Cela s'explique par le fait que plus, on descend en profondeur, plus la pression devient grande et donc la roche en fusion se solidifie. Finalement, nous atteignons le noyau terrestre. Celui-ci est divisé en deux parties: le noyau externe et le noyau interne. Le noyau externe est liquide et est constitué de fer en fusion à cause des fortes températures. Quant au noyau interne, celui-ci contient du fer et du nickel à l'état solide. En résumé Certaines planètes telluriques ont plus d’impacts de météorites visibles sur leur surface que d'autres. On y conclut que les planètes avec moins d’impact sont des planètes avec une croûte plus jeune qui a eu beaucoup de changement. La Terre qui fait partie de la catégorie d'astre tellurique est composée d’une couche terrestre mince composée de granite et de roche basaltique. C'est sur cette couche que se retrouvent les montagnes et les océans. En progressant vers le centre, on retrouve le manteau qui représente 82% du volume de la terre. Finalement, il y a les objets ganymédiens dont Ganymède, Callisto, Titan, Triton et Pluton. Elles sont composées de glaces, de roche puis d’un noyau métallique. Comme avec les objets telluriques les chercheurs font plus de recherche sur leur croûte qu’autre chose. Elles suivent aussi la même tendance, plus elle est massive et plus il y a d'activités sur leur surface. Une des différences majeures entre les deux catégories est que la couche des objets ganymédiens est constituée de glaces plus malléables que les objets telluriques. Utilisons Ganymède comme exemple. La couche externe est une couche de glace, ensuite on rencontre une couche d’eau salée puis de glace tétragone. Ensuite, on retrouve un manteau rocheux et finalement un noyau constitué de fer et de sulfure de fer. Elle a aussi des cratères sur sa surface et comme pour les objets telluriques, plus il y a de cratères, moins il y a de changement sur leur surface et plus on qualifie l’objet de vieux. Possibilité de creuser un trou dans la Terre? Robert Hooke est le premier scientifique à proposer l’idée de creuser un trou à travers la Terre. Depuis ce temps, plusieurs chercheurs se sont penchés sur le sujet et en ont conclu qu'un train gravitationnel ne serait pas réalisable dans un futur proche. Nous allons d'abord analyser les théorèmes qui nous permettra d'expliquer le fonctionnement du train. Premièrement, selon le théorème de la masse ponctuelle, si un objet est situé à l’intérieur d’une sphère, la force gravitationnelle qui agit sur celui-ci est nulle, comme le montre le calcul #1. Cela signifie que la force gravitationnelle exercée par la terre quand le train arrivera au centre de celle-ci sera nulle. De plus, la force d’attraction gravitationnelle exercée par la terre sur un objet est proportionnelle à la position de cet objet-là sur la terre comme démontré au calcul 2. On réussit à tirer que la constante K qui a la même forme que la constante de Hooke (Annexe 0). En tenant compte de ces paramètres, en supposant que la masse volumique de la Terre est uniforme partout et qu’il n’y ait aucune résistance de l’air, nous avons déterminé que le train prendrait 42 minutes pour traverser la terre d'un bout à l'autre (voir calcul 3). Cela quelle que soit la position de départ et d'arrivée. En effet, puisque la force d'attraction est proportionnelle à la position à laquelle on se situe, que nous creusions un trou horizontalement ou verticalement, on finira tous par arriver à notre destination en 42 minutes. La première possibilité serait de creuser un trou qui passe directement au milieu de la Terre. C’est dans cette configuration qu’on atteindra la vitesse maximale de 7905 m/s, donc une vitesse de 28 485 m/h, en s'approchant du centre de la Terre comme le démontre le calcul 3c. C’est en s'appuyant sur la théorie de la conservation de l'énergie mécanique d’un mouvement harmonique simple (Formule 1 : Annexe 1) qu’on a pu déterminer la vitesse de la trajectoire du train gravitationnel. Dès qu’il dépassera le centre, la force de la gravité serait opposée au sens de la trajectoire du train. Cela ferait en sorte que le train ralentit et atteint l’autre extrémité du tunnel à une vitesse nulle. Ensuite, la force de gravité retirerait le train jusqu’au centre de la Terre et ainsi de suite. Cela ressemble à un mécanisme bloc- ressort. Théoriquement, l’idée fonctionne mais le plus gros obstacle du projet est la manière dont on pourrais creuser le trou et les matériaux nécessaires pour le faire. D'ailleurs, le plus long trou creusé sur la planète jusqu'à aujourd'hui est en Russie. C’est un trou de 7km qui a pris 5 ans à creuser. Ils ont dû arrêter le projet parce que les matériaux utilisés ne pouvaient pas résister aux hautes températures qui atteignent les 190°C. La deuxième idée consiste à creuser un tunnel au-dessus du noyau terrestre pour éviter. Donc au lieu de passer par le milieu de la terre pour éviter les chaleurs et pressions intenses, on uploads/Geographie/ train-gravitationnel.pdf