Chap. 1 - leprof

Chap. 1
Description de l’Univers
I. Activité documentaire et investigation
1-Analyse du document
Projection du diaporama de la NASA
2- Questions
Quel est le point commun entre un atome et le système solaire ?et une différence ?
Réaliser une échelle graduée avec les différentes longueurs observée au cours du diaporama.
Cette échelle est elle « linéaire ? »
II. L’atome
1- L’atome d’hydrogène
L’atome d’hydrogène est le plus simple des atomes, il peut être représenté par une sphère de rayon atomique
ra = 5,3.10-11 m.
Il y a au centre le noyau de rayon rn = 1,2.10-15 m autour duquel se trouve son unique électron qui se déplace
de façon aléatoire dans la sphère de rayon ra.
2- Structure de l’atome
Les autres atomes ont une structure semblable à celle de l'atome d'hydrogène : un noyau très petit, séparé du
cortège électronique par beaucoup de vide.
Le mot lacune signifiant espace vide, on dit que :
L'atome a une structure lacunaire.
III. L’infiniment grand
1- La Terre et le système solaire
a. la Terre
La Terre ressemble à une boule aplatie aux pôles de rayon RT = 6,4.103 km et de masse proche de
6,0.1024 kg.
Elle tourne sur elle même en 86140 s (1 jour sidéral) et autour du Soleil en 365,25 jours sur une orbite quasi
circulaire de rayon 150 million de kilomètres, cette distance est appelée unité astronomique et on a :
1 u.a. = 1,5.1011 m
b. le système solaire
Le Soleil et l'ensemble des objets en révolution autour de lui constituent le système solaire.
Les planètes et leurs satellites, les astéroïdes, et les comètes font partie du système solaire.
Le soleil est l’étoile la plus proche de la Terre et son rayon est RS = 7.105 km.
Le système solaire s’étend sur à peu près 1010 km.
Mercure Vénus Terre Mars astéroïdes Jupiter Saturne Uranus Neptune
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2- Les galaxies
Le Soleil appartient à un groupe d’une centaine de milliards
d’étoiles appelée la Galaxie, disque plat
de 9,5.1017 km de diamètre renflé au
milieu ;
l’épaisseur du renflement est 1,5.1017 km.
Il existe des milliards d’autres galaxies,
les plus proches de la Terre sont les
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nuage de Magellan à 1,5.10 km visibles dans le ciel austral et Andromède
à 1,8.10 18 km visible dans l’hémisphère nord.
IV. L’univers
1- Echelle des longueurs
- Pour exprimer les différentes distances rencontrées dans l’univers, on utilise l'écriture scientifique a.10n (a
 10n ) d'un nombre, les seuls chiffres significatifs étant ceux de a (a est compris entre 1 et 10).
PUISSANCES DE 10 ET PREFIXE
Puissances 1015
Préfixes
Peta
Symboles P
1012
Tera
T
109
Giga
G
106
103
Méga kilo
M
k
102
101
hecto déca
h
da
10-1
déci
d
10-2
centi
c
10-3
milli
m
10-6 10-9
micro nano
n

10-12
pico
p
10-15
femto
f
- Pour comparer des valeurs entres elles, on utilise leurs ordres de grandeur avec la même unité.
2- Structure lacunaire de la matière
Dans un atome, le noyau et le cortège électronique sont séparés par un vide important.
Dans le système solaire, le Soleil et les planètes occupent des volumes de matière extrêmement petits, si on
les compare aux volumes vides immenses qui les séparent. Le même vide existe entre les étoiles dans la
Galaxie, et entre les galaxies entre elles.
Que l'on se place au niveau de l'atome ou à l'échelle cosmique, on peut donc faire la même observation : e
remplissage de l'espace par la matière est essentiellement lacunaire.
V. L’année lumière
1- Vitesse de la lumière
La vitesse de la lumière dans le vide, notée c, est une constante universelle indépendante du référentiel dans
lequel on la mesure.
Sa valeur est : c = 299 792 458 m.s-l.
C'est une vitesse limite. Aucun objet, aucun signal ne peut aller plus vite que la lumière dans le vide. La
lumière se propage dans l'air pratiquement à la même vitesse que dans le vide.
Pour les applications numériques courantes, nous prendrons la valeur
c = 300 000 km.s-l ou c = 3,0.105 km.s-1 = 3,0.108 m.s-l.
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2- En astronomie
En astronomie, les distances sont très grandes et la lumière se propage à une vitesse finie. La durée mise par
la lumière pour parcourir de telles distances donne des éléments de comparaison plus commode que les
distances elles mêmes.
On défini alors l’année lumière (ou année de lumière) comme unité de longueur pour les très grandes
distances, l’a.l. est la distance parcourue par la lumière en une année:
1 an = 365,25 jours
1 jour = 24 h
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 24  60  60 = 3,15 10 s
c = 3.108 m.s-1
1 h = 60 min
1 min = 60 s Donc 1 an = 365,25
1 a.l. = c  t = 3.108  3,15.107 = 9,46.1012 km soit à peu prés 1013 km
3- Voir loin c’est voir le passé
Proxima du Centaure est l’étoile la plus proche du soleil se trouve à 4,3 a.l.
Andromède qui se situe à 1,8.1018 km de la Terre se trouve donc à 1,9.105 a.l.; cela signifie que ce que nous
voyons de cette galaxie, c’est ce qu’était la galaxie il y a 190 000 années.
La nébuleuse d’Orion se trouve à 1800 a.l. de la Terre, un être vivant qui regarde notre planète aujourd’hui
nous contemple à l’époque Gallo-romaine.....
Les galaxies les plus éloignées de nous sont situées à environ 15 milliards d'années de lumière et continuent
de s'éloigner : la lumière que nous en recevons les a quittées il y a 15 milliards d'années (15.109 années).
Cette durée correspond à l'âge que l'on attribue à l'Univers depuis l'explosion dont il est issu (le Big Bang).
La distance d parcourue par la lumière depuis cette explosion est donc :
d = 15.109 × 1,0.1013 = 1,5.1023 km, soit d = 1,5.1026 m.
4- L’ordre de grandeur
L’ordre de grandeur est la puissance de 10 la plus proche de la valeur donnée
Cela permet de comparer des grandeurs ayant les mêmes unités.
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