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Apprenez comment fonctionne la vitesse d'échappement et comment calculer la vitesse d'échappement

Il faut un certain niveau de vitesse pour qu'un objet atteigne une orbite autour d'un corps céleste tel que la Terre. Il faut encore plus de vitesse pour se libérer d'une telle orbite. Lorsque les astrophysiciens conçoivent des fusées pour voyager vers d'autres planètes - ou hors du système solaire entièrement - ils utilisent la vitesse de rotation de la Terre pour accélérer les fusées et les lancer au-delà de la portée de la gravité terrestre. La vitesse nécessaire pour se libérer d'une orbite est connue sous le nom de vitesse d'échappement.

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Qu'est-ce que la vitesse d'échappement ?

La vitesse de fuite, telle qu'elle s'applique à la science des fusées et aux voyages dans l'espace, est la vitesse requise pour qu'un objet (comme une fusée) s'échappe de l'orbite gravitationnelle d'un corps céleste (comme une planète ou une étoile).

Comment fonctionne la vitesse d'échappement ?

Tout comme la vitesse orbitale, la vitesse d'échappement varie en fonction de la distance entre un objet et un centre de gravité. Concrètement, plus l'altitude de la fusée est élevée au-dessus de la Terre, moins il faudra de vitesse pour :

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  • En orbite autour de la Terre
  • Échapper complètement au champ gravitationnel de la Terre

L'une des raisons pour lesquelles les satellites de communication peuvent orbiter autour de la Terre sans dépenser constamment de l'énergie est qu'ils subsistent à une altitude de plusieurs kilomètres au-dessus de la Terre. En revanche, un avion commercial, qui vole beaucoup plus près de la surface de la planète, doit constamment exercer de l'énergie pour rester dans le ciel. Selon ce même principe, il faut comparativement moins d'énergie à une fusée éloignée de la surface de la Terre pour atteindre la vitesse de fuite que si la fusée volait près de la Terre.



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Comment calculer la vitesse d'échappement ?

La vitesse de fuite est fonction de la vitesse orbitale d'un objet. Si vous prenez la vitesse requise pour maintenir l'orbite à une altitude donnée et la multipliez par la racine carrée de 2 (qui est d'environ 1,414), vous obtiendrez la vitesse requise pour sortir de l'orbite et le champ gravitationnel contrôlant cette orbite.

Dans le contexte de l'exploration spatiale habitée, considérons un vaisseau spatial en orbite autour de la terre. S'il allume son moteur assez longtemps, il finira par aller assez vite pour s'envoler dans l'espace lointain, échappant à la gravité de la planète. Cette vitesse, appelée vitesse d'échappement, est simplement la racine carrée de 2, soit 41% plus rapide que la vitesse orbitale.

Quelle est la vitesse de fuite de la Terre ?

En termes théoriques, la vitesse de fuite à la surface de la Terre est de 11,2 km par seconde (6,96 miles par seconde). La vitesse de fuite à la surface de la lune est d'environ 2,4 km par seconde (1,49 milles par seconde).



En pratique, ces chiffres ne sont pas très importants. Les fusées n'échappent pas à la gravité terrestre en se lançant directement depuis la surface. Au lieu de cela, les ingénieurs astronomiques envoient d'abord ces fusées en orbite, puis utilisent la vitesse orbitale comme une fronde pour propulser une fusée à sa vitesse de fuite nécessaire. De plus, les vitesses d'échappement énumérées ci-dessus ne tiennent pas compte de la résistance atmosphérique, ce qui augmenterait en fait la vitesse requise pour échapper au champ gravitationnel de la planète. C'est encore une raison de plus pour laquelle les scientifiques des fusées ont d'abord mis les engins spatiaux en orbite avant de rechercher la vitesse de fuite.

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Quelle est la différence entre la vitesse d'échappement et la vitesse orbitale?

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La vitesse orbitale est la vitesse requise pour atteindre l'orbite autour d'un corps céleste, comme une planète ou une étoile, tandis que la vitesse d'échappement est la vitesse requise pour quitter cette orbite. Maintenir la vitesse orbitale nécessite de se déplacer à une vitesse soutenue qui :

  • S'aligne avec la vitesse de rotation du corps céleste
  • Est assez rapide pour contrer la force de gravité tirant l'objet en orbite vers la surface du corps

La vitesse orbitale est rendue possible par la surface incurvée d'une planète, d'une étoile ou d'un autre corps céleste. Un objet en orbite a tendance à se déplacer en ligne droite, tandis que le corps en orbite se courbe. En tant que telle, la courbure constante du corps en orbite empêche l'objet en orbite de tomber jusqu'à la surface, à condition que l'objet en orbite maintienne la bonne vitesse.

Dans l'espace, il est plus facile de maintenir une vitesse constante que sur terre, grâce au principe d'inertie. L'une des lois d'inertie de Sir Isaac Newton stipule qu'un objet en mouvement a tendance à rester en mouvement à moins qu'une force extérieure n'agisse dessus. Dans l'atmosphère terrestre, un objet volant rencontre de nombreuses molécules d'air, qui ralentissent cumulativement la vitesse de cet objet lorsqu'il vole dans le ciel. Au fur et à mesure que vous voyagez au-delà de l'atmosphère terrestre, l'air devient plus vide, avec moins de molécules pour contrer la vitesse d'avancement d'un objet en orbite.

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