~ubuntu-branches/ubuntu/trusty/pysatellites/trusty

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<TeXmacs|1.0.6.11>

<style|article>

<\body>
  <doc-data|<doc-title|Méthodes utilisées dans le logiciel \S pysatellites
  \T>|<doc-author-data|<author-name|Georges Khaznadar
  >|<author-email|georgesk@ofset.org>>>

  <section|Utilité du logiciel \S pysatellites \T>

  Le logiciel pysatellites sert à simuler le lancement de satellites autour
  de diverses planètes. En France, ce logiciel est utilisé dans
  l'enseignement au niveau du lycée. L'élève est invité à choisir une
  planète, ou à préciser les paramètres de rayon et de masse qu'il veut, puis
  il contrôle le point de lancment d'un satellite, sa vitesse radiale et sa
  vitesse orthoradiale. Quand ce choix est fini, il lance la simulation et
  voit quelle trajectoire le satellite peut alors suivre.

  <section|Méthode utilisée pour la simulation>

  La méthode est une méthode de calcul de proche en proche : à des
  intervalles de temps réguliers, la vitesse et la position du satellite
  connues sont utilisées afin de prédire sa position et sa vitesse un
  intervalle de temps plus tard. On parle d'intégration numérique, car seule
  la loi locale qui donne la force d'attraction appliquée au satellite est
  prise en considération.

  Un autre méthode serait possible : dans le cas d'un problème à un corps
  plongé dans un potentiel newtonien, les équations de la dynamique du
  satellite admettent des solutions algébriques que l'on sait déterminer.
  J'ai utilisé un document synthétique publié sur Internet, à l'adresse\ 

  <code*|http://melusine.eu.org/syracuse/immae/mpsi/physique-chimie/mecanique/08.pdf>

  Ce document résume ce qu'on peut retenir comme propriété des coniques
  (ellipses, parabole, hyperboles), et la solution connue du problème à un
  corps dans un potentiel newtonien. On peut l'utiliser pour calculer sans
  avoir à terminer la simulation divers paramètres. L'un d'entre eux est très
  important, il s'agit de la période <math|T> du mouvement quand l'énergie
  mécanique <math|E<rsub|m>> du satellite est négative, et que celui-ci
  décrit une ellipse dans le puits de potentiel de l'astre qui l'attire.

  <section|La méthode d'intégration de Runge-Kutta>

  <section|Détermination de la période d'un mouvement elliptique>

  On connaît la distance <math|r> du satellite à l'astre de masse <math|M>.
  On en déduit facilement son énergie potentielle massique,
  <math|E<rsub|p>/m=-<frac|GM|r>>, où <math|G=6,67.10<rsup|-11>u.s.i.> est la
  constante universelle de gravitation. Connaissant sa vitesse radiale
  <math|<wide|r<with|mode|text|<math|>>|\<dot\>>> et sa vitesse orthoradiale
  <math|r<wide|\<theta\>|\<dot\>>>, on déduit son énergie cinétique massique,
  <math|E<rsub|c>/m=<with|mode|text|<math|<wide|r|\<dot\>>>^2>+(<with|mode|text|<math|r<wide|\<theta\>|\<dot\>>>>)<rsup|2>>.
  Il suffit d'aditionner les énergies pour parvenir à l'énergie mécanique
  massique, <math|E<rsub|m>/m=-<frac|GM|r>+<with|mode|text|<math|<wide|r|\<dot\>>>^2>+(<with|mode|text|<math|r<wide|\<theta\>|\<dot\>>>>)<rsup|2>>.

  Plusieurs cas se présentent alors :

  <\enumerate-numeric>
    <item><math|E<rsub|m>/m \<less\> 0> : le satellite reste dans le puits de
    potentiel de l'astre, sa trajectoire est une ellipse, qu'il parcourt avec
    une période <math|T>.

    <item><with|mode|math|E<rsub|m>/m = 0> : le satellite n'est pas lié, il
    possède tout juste la vitesse de libération, sa trajectoire est une
    parabole, sa vitesse s'annule à l'infini.

    <item><with|mode|math|E<rsub|m>/m \<gtr\> 0> : le satellite n'est pas
    lié, sa vitesse à l'infini est non nulle, sa trajectoire est
    hyperbolique.
  </enumerate-numeric>

  Dans le premier cas seulement, une période existe pour le mouvement du
  satellite, et on la calcule ainsi : le grand axe <math|a> de l'ellipse se
  déduit de la constante d'attraction (<math|k=GMm)> par la formule <math|a =
  -k/2Em=<frac|-GM|2(-<frac|GM|r>+<with|mode|text|<math|<wide|r|\<dot\>>>^2>+(<with|mode|text|<math|r<wide|\<theta\>|\<dot\>>>>)<rsup|2>)>><math|>.
  Connaissant le grand axe <math|a> de l'ellipse, on peut alors déterminer la
  période <math|T> du mouvement grâce à la troisième loi de Kepler,
  <math|T<rsup|2>=4\<pi\><rsup|2>/MG*a<rsup|3>>, soit
  <math|T=2\<pi\><sqrt|<frac|1|MG*a<rsup|3>>|>>.

  Quand la période <math|T> du mouvement est connue, on peut prendre comme
  ordre de grandeur de l'intervalle de temps pour l'intégration, un centième
  de cette période. Ça donne des résultats satisfaisants pour les mouvement
  d'excentricité faible : c'est à dire que la trajectoire apparaît facilement
  comme fermée à l'écran, au pixel près. Dans le cas d'ellipses fortement
  excentriques, il faut diminuer le l'intervalle de temps utilisé pour
  l'intégration.
</body>

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  <\collection>
    <associate|language|french>
  </collection>
</initial>

<\references>
  <\collection>
    <associate|auto-1|<tuple|1|1>>
    <associate|auto-2|<tuple|2|1>>
    <associate|auto-3|<tuple|3|1>>
    <associate|auto-4|<tuple|4|1>>
  </collection>
</references>

<\auxiliary>
  <\collection>
    <\associate|toc>
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      du logiciel \S pysatellites \T> <datoms|<macro|x|<repeat|<arg|x>|<with|font-series|medium|<with|font-size|1|<space|0.2fn>.<space|0.2fn>>>>>|<htab|5mm>>
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      utilisée pour la simulation> <datoms|<macro|x|<repeat|<arg|x>|<with|font-series|medium|<with|font-size|1|<space|0.2fn>.<space|0.2fn>>>>>|<htab|5mm>>
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      méthode d'intégration de Runge-Kutta>
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      de la période d'un mouvement elliptique>
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