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Étape 1 sur 3 : La gravité comme force centripète
Intuition

Comme une masse tournoyant au bout d'une ficelle : plus la ficelle tire fort (grande force centripète), plus la masse doit tourner vite pour « tenir » son orbite — la gravité joue ici le rôle de la ficelle invisible.

GMma2=mω2a\frac{GMm}{a^2} = m\omega^2 a
Analyse

Considérons une orbite circulaire de rayon aa (le cas le plus simple d'ellipse). En mouvement circulaire uniforme, l'accélération centripète vaut ω2a\omega^2 a ; la seule force est la gravité GMm/a2GMm/a^2. La seconde loi de Newton en direction radiale donne l'égalité ci-dessus — la masse mm de la planète s'élimine aussitôt, ce qui signifie que l'orbite ne dépend pas de sa masse.