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Satellites et lois de Kepler : quiz de Terminale
Publié le 6 novembre 2026 · Mis à jour le 6 novembre 2026 · Signaler une erreur
L'essentiel
- Les lois de Kepler décrivent le mouvement des planètes autour du Soleil, et celui des satellites autour d'une planète.4
- Les deux premières lois datent de 1609 (Astronomia nova), la troisième de 1619 (Harmonices Mundi).4
- La deuxième loi (loi des aires) vaut pour tout mouvement dont l'accélération est dirigée vers un point fixe ; les première et troisième lois ne valent pas pour tous ces mouvements.4
- Autour d'un autre astre central, la troisième loi garde la même forme : seule la valeur de sa constante est modifiée, car elle dépend de la masse de cet astre.4
- En terminale, tu dois exploiter la troisième loi dans le cas d'un mouvement circulaire.1
Avant de commencer
Ce quiz couvre le mouvement des satellites et les lois de Kepler, au niveau du programme de Terminale : l'origine historique des lois, leurs énoncés, leur domaine de validité, et leur exploitation dans le cas d'un mouvement circulaire.1 Ces lois doivent leur nom à l'astronome Johannes Kepler : il les a établies de façon empirique, à partir de mesures de positions de planètes.4
Les questions mêlent des repères historiques, des affirmations à trier et des calculs. Pour les calculs, tu as besoin de la relation entre la période et le rayon d'une orbite circulaire : le rapport garde la même valeur pour tous les satellites d'un même astre central. C'est la troisième loi, dont la constante dépend de la masse de l'objet central.4
Quiz
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Ces lois portent le nom de Johannes Kepler, qui les a déduites de mesures de positions des planètes.4 Newton est la réponse tentante : il a relié la troisième loi à la mécanique classique, mais il n'en est pas l'auteur.4 Le Verrier est connu pour ses calculs ayant mené à Neptune, pas pour ces lois.4
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Les deux premières lois paraissent en 1609 dans Astronomia nova ; la troisième en 1619 dans Harmonices Mundi.4 L'inversion des dates est l'erreur tentante : la troisième loi est la dernière publiée, donc la plus tardive. 1596 est l'année du premier ouvrage de Kepler, Mysterium cosmographicum, qui ne contient pas encore ces lois.5
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L'affirmation est fausse. On peut appliquer les lois de Kepler à tout corps en orbite autour d'un objet central prépondérant, comme la Lune par rapport à la Terre ou un satellite artificiel.4 Le programme de Terminale demande d'ailleurs d'étudier le mouvement des satellites.1 L'erreur tentante vient de l'origine historique de ces lois, formulées pour les planètes.
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Les orbites elliptiques permettent d'expliquer la complexité du mouvement apparent des planètes sans épicycles, excentriques ni équants.4 Avec un autre astre central, c'est uniquement la valeur de la constante qui varie, en fonction de la masse de cet astre.4 La deuxième proposition est donc fausse : la constante n'est pas la même autour de la Terre et autour du Soleil. La quatrième est fausse aussi : Astronomia nova (1609) contient les deux premières lois, la troisième est dans Harmonices Mundi (1619).4
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C'est faux. Le rapport est constant pour les corps qui tournent autour d'un même astre central, mais la constante dépend de la masse de cet objet central.4 Terre et Soleil n'ont pas la même masse, donc les constantes diffèrent. Comparer directement un satellite de la Terre et une planète est l'erreur tentante.
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Les deux satellites orbitent autour du même astre, donc la constante est la même.4 On écrit , d'où . Ici et , donc s. L'erreur tentante est de multiplier la période par 4 (proportionnalité directe) ; la période croît comme . Cette exploitation de la troisième loi fait partie des capacités du programme.1
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Sur une orbite circulaire, le satellite parcourt en une période la circonférence du cercle : m/s. Le programme demande de caractériser les vecteurs vitesse et accélération dans un mouvement circulaire en champ de gravitation.1 L'erreur tentante est d'oublier le facteur ou de laisser le rayon en kilomètres, ce qui donne un résultat 1 000 fois trop petit.
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Le satellite n'est soumis qu'à la force de gravitation, dirigée vers le centre de l'astre ; d'après la deuxième loi de Newton, l'accélération a la même direction et le même sens, donc elle est dirigée vers le centre. C'est le cas d'une accélération dirigée vers un point fixe central.4 Le sens du vecteur vitesse est l'erreur tentante : la vitesse est tangente à la trajectoire, tandis que l'accélération est centripète. Cette caractérisation figure au programme.1
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Ces irrégularités ont permis la découverte de Neptune grâce aux calculs de Le Verrier en 1846, ensuite confirmée par l'observation de Galle.4 Les lois de Kepler sont une approximation, car un système planétaire est en réalité un problème à N corps ; les écarts à ces lois ont donc de la valeur.4 Saturne, Mars et Jupiter ne sont pas liées à cet épisode : c'est bien Neptune qu'ont révélée les écarts d'Uranus.4
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C'est vrai : la planéité du mouvement et la loi des aires sont vérifiées pour tout mouvement soumis à une accélération dirigée vers un point fixe.4 En revanche, les première et troisième lois ne s'appliquent pas à tous ces mouvements à force centrale.4 Croire que les trois lois ont le même domaine de validité est l'erreur tentante.
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On retrouve les trois lois de Kepler pour un corps soumis à une accélération centrale en , c'est-à-dire inversement proportionnelle au carré de la distance au point fixe.4 Pour une autre dépendance en distance, la loi des aires reste vraie, car elle vaut pour toute force centrale, mais les première et troisième lois ne sont plus garanties.4 Une accélération nulle donnerait un mouvement rectiligne, sans orbite.
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Newton a fait le rapprochement entre la mécanique classique et la troisième loi de Kepler, puis en a déduit une formule.4 Les relations de Kepler ont ensuite servi à élaborer la théorie de la gravitation universelle.5 Les lois ne sont pas fausses : ce sont des conséquences du problème à deux corps, valables avec une approximation.4 La publication de 1609 est celle de Kepler, pas celle de Newton.4
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La constante reste la même autour de la Terre.4 Si est multiplié par 2, est multiplié par , donc par . Le facteur 2 (proportionnalité) ou 4 (carré) vient d'une confusion entre , et . Le facteur 8 est celui de , pas de .
Les questions qu'on se pose
Faut-il apprendre la troisième loi de Kepler par cœur pour le bac ?
Le programme demande d'établir et d'exploiter la troisième loi de Kepler dans le cas d'un mouvement circulaire.1 Il faut donc savoir retrouver la relation entre période et rayon à partir de la deuxième loi de Newton, puis l'utiliser pour comparer deux orbites autour du même astre ou calculer une période. Retiens aussi que la constante dépend de la masse de l'objet central.4
Les lois de Kepler sont-elles exactes ?
Sources
- Ressources d'accompagnement Physique-Chimie Terminale spécialité, Éduscol. Consulté le 6 novembre 2026.
- Lagrange et le mouvement des planètes - Fondements des lois de Kepler, CNRS. Consulté le 6 novembre 2026.
- Les trois vies de Kepler - Histoire et applications des lois, CNRS - Ciel et Mathématiques. Consulté le 6 novembre 2026.
- Lois de Kepler, Wikipédia. Consulté le 6 novembre 2026.
- Johannes Kepler, Wikipédia. Consulté le 6 novembre 2026.
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