TP 1 - Pourquoi les montagnes ne s'enfoncent-elles pas ?
I - Les observations de Bouguer
1) Les effets de l'interaction gravitationnelle
Lorsqu’on lâche un objet il se produit un phénomène qui nous est familier: il tombe. Cette chute est causée par l’attraction qu’il subit de la part de la Terre et qui a pour origine l’interaction gravitationnelle qui s’exerce entre les deux corps (l’objet et la Terre).
C’est l’interaction gravitationnelle qui est responsable de la chute des objets.
Pour être plus précis un objet qui tombe vers le sol se déplace en direction du centre de la Terre. Puisqu’il s’agit d’une interaction on peut se demander pourquoi la Terre ne se déplace pas elle-même en direction de l’objet ? Pourquoi la Terre reste-t-elle immobile alors que l’objet se déplace et que tous les deux sont soumis à des actions de même intensité ? Cette différence est due à la masse des objets qui interagissent: si son soumet des objets de masses différentes à une même action les effets sont plus importants pour l’objet de masse la plus faible. Par exemple si l’on projette deux objets avec le même force alors on donne plus de vitesse à l’objet le plus léger. La Terre est évidemment de masse nettement supérieure à celle des objets qui nous entoure et les effet de l’interaction sont pour elle si petits qu’ils ne sont pas observables.
2) Entre deux objets
L’interaction gravitationnelle est censée s’exercer sur tout les objets possédant une masse, ce qui est le cas des objets qui nous entourent: meubles, vêtements, crayon, êtres humains etc. Pourtant ces objets ne se dirigent pas les uns vers les autres comme pourraient le faire deux aimants qui s’attirent. L’interaction gravitationnelle s’exerce bien entre ces objets mais à l’échelle de leur masse cette interaction est si faible qu’elle est incapable de vaincre ne serait que les frottements de l’air qui sépare les objet. Pour que des objets s’attirent il faudrait qu’ils soient placés dans le vide spatial
3) Entre un fil à plomb et une montagne
Une montagne semble représenter un excès de masse rocheuse non négligeable. Le fil à plomb devrait être attiré par la présence d'une chaîne de montagnes.
BOUGUER (début XVIIIème siècle) vérifie :
4) La gravité à la surface du globe
Comment expliquer ce résultat surprenant ?
2 modèles ont été proposés pour expliquer cette anomalie :
Quel modèle est le bon ?
2 moyens de confirmer l'un ou l'autre modèle :
→ Comparer la densité des roches à l'aplomb de différentes altitudes
→ Recherche la profondeur du Moho sous une chaîne de montagnes
COMPARER LA DENSITÉ DES ROCHES -
Matériel :
- Échantillon de roche prélevé à 4000m d'altitude (roche A)
- Échantillon de roche prélevé à 2000m d'altitude (roche B)
- Une balance
- 2 éprouvettes graduées
Protocole :
- Déterminer la densité de chacun des échantillons
Roche A :
m = 30,6 g
V = 110 - 100 = 10 ml
d = ρ / ρeau = (m/V) / ρeau
(AN) dA = 3,06
Roche B :
m = 30,9 g
V = 110 - 100 = 10 ml
d = ρ / ρeau = (m/V) / ρeau
AN) dB = 3,09
D'ou dA ~ dB
→ Modèle d'AIRY
RECHERCHE DE LA PROFONDEUR DU MOHO -
Ouvrir Google Earth + fichier "montagnes jeunes et anciennes.kmz"
Dans les Pyrénées :
→ Modèle d'AIRY
BILAN - Pourquoi les montagnes ne s'enfoncent-elles pas ?
En étudiant la profondeur du Moho, on découvre qu'elle évolue en fonction de la distance et que les densités des roches étudiées sont quasiment identiques.
Cela confirme le modèle d'Airy
