I) l`univers

L’univers
Chapitre 1 : description de l’univers
L’Homme a de tout temps observé les astres afin de
se situer dans l’univers. Télécharger la version démo de
Hatier
L'univers s'étend de l'infiniment petit à l'infiniment
grand, la référence étant la taille de l'homme dont
l'ordre de grandeur est le mètre.
Animation
1. de l’infiniment grand à l’infiniment petit
2. film : puissances de 10
3. télécharger la version démo de Hatier
4. description de l’univers
Table des matières
I) l'univers
1) description
2) la structure lacunaire de l’univers
II) des outils de description de l’univers
1) quelques préfixes à connaître
2) les puissances de 10 – L’écriture scientifique
3) Ordre de grandeur
4) Unité légale de longueur
5) l’unité astronomique (U.A)
III) lumière dans l’espace
1) Propagation de la lumière :
2) Le modèle du rayon lumineux
3) Vitesse de la lumière dans le vide
4) L’année lumière (a.l.)
5) Voir loin, c’est voir dans le passé
I) l’univers
1) description
On étudiera dans l'infiniment petit :
- les atomes et les molécules
- les particules élémentaires (proton, neutron et
électron).
Dans l'infiniment grand on étudiera :
- les étoiles (dont le Soleil fait partie)
- le système solaire comportant, outre le Soleil, huit
planètes (Mercure, Vénus, Terre, Mars, Jupiter,
Saturne, Uranus, Neptune)
- les satellites de ces planètes, les astéroïdes et les
comètes).
Les étoiles sont regroupées dans des galaxies (la
galaxie dont fait partie le système solaire est appelé
la voie lactée.)
- l’univers est composé de millions de galaxies.
Animation : photos de l’infiniment petit à l’infiniment grand
2) la structure lacunaire de l’univers
Il existe une propriété commune aux structures
infiniment petites et infiniment grandes. Il s'agit de
la structure lacunaire. Dans une telle structure, la
matière est assez bien localisée dans certaines
régions de l'espace et entre ces zones où se
concentre la matière il règne le vide où le quasi vide.
Par exemple: Entre le noyau d'un atome et les
électrons, il y a le vide. De même entre les galaxies il
y a le quasi vide.
avec puissance de dix
II) des outils de description de l’univers
Intérêt de l’ordre de grandeur : situer des
longueurs sur l’échelle des longueurs qui composent
l’univers, et les comparer aux autres.
1) quelques préfixes à connaître
pico(p)
nano(n)
micro()
milli(m)
centi (c)
déci(d)
déca(da)
hecto(h)
kilo(k)
méga (M)
giga(G)
préfixe
3) Ordre de grandeur vidéo
L’ordre de grandeur d’un nombre est la puissance de
10 la plus proche de ce nombre.
Pour trouver l’ordre de grandeur :
- mettre le nombre x en notation scientifique : x =
a.10n
si a < 5 alors l’ordre de grandeur de x est 10n
si a >= 5 alors l’ordre de grandeur de x est 10n+1
Exemple : La distance Terre-Soleil est 1,5.1011 m, son
ordre de grandeur est 1011 m.
Le rayon de l’atome d’hydrogène est 5,5.10-11 m, son
ordre de grandeur est
10-10 m.
1 pm = 10-12 m
1 mm = 10-3 m
valeur en
mètre
10 x10 = 10
102x103 = 102+3 = 105
10-a = 1/10a
10-4 = 1/104
10a/10b = 10a-b
102/103 = 10-1
b a
axb
(10 ) = 10
(102)3 = 102x3 = 106
Attention ! ! Il n’y a pas de formule pour l’addition des
puissances de 10.
100 = 1
fentomètre 1 fm = 10-15 m
10-3
Film sur les puissances de 10
distance
distance en
mètre
(notation
scientifique)
3,8.108 m
ordre de
grandeur
1,05.10-10 m
10-10 m
4810 m
4,810.103 m
103 m
2 nm
2.10-9 m
10-9 m
6400 km
6,4.106 m
107 m
170 cm
1,70 m
100 = 1 m
150
millions
de km
1,5x10-3
pm
1,5.1011 m
1011 m
1,5x10-15 m
10-15 m
9,5.1017
km
0,016
mm
9,5x1020 m
1020 m
1,6x10-5 m
10-5 m
12.1022
1,2.1026 m
1026 m
Exemples
a+b
picomètre
millième
10-2
b
nanomètre 1 nm = 10-9 m
centième
10-1
a
micromètre 1 mm = 10-6 m
dixième
10
Formules
millimètre
dix
102
Exemple : 178 m en écriture scientifique s’écrit 1,78
x 102 m
centimètre 1 cm = 10-2 m
cent
103
La notation scientifique est l’écriture d’un nombre
sous la forme du produit : a.10n
Avec a : nombre décimal 1 a  10 et n, entier positif
ou négatif.
Remarque : l’unité légale de surface est le mètre
carré (m2) l’unité légale de volume est le mètre cube
(m3). On utilise aussi des multiples et sous-multiples
du mètre
multiples Kilomètres
Hectomètre décamètre
1 km = 103 m 1 hm = 102 m 1 dam = 101 m
décimètre 1 dm = 10-1 m
mille
106
2) les puissances de 10 – L’écriture
scientifique : vidéo
L’unité légale de longueur dans le système
international (SI) est le mètre (m).
sous
multiples
million
109
Millième de 10-12
milliardième
milliardième 10-9
milliard
puissances
de 10
millionième 10-6
Valeur en
lettre
Exemple : 1 Gm = 109 m : 1dm = 10-1 m
4) Unité légale de longueur
Terre-Lune
Rayon atome
d’hydrogène
Altitude du
Mont Blanc
Dimension
d’une molécule
Rayon de la
Terre
Taille d’un
homme
Distance
Terre-Soleil
Rayon du
noyau d’un
atome
d’hydrogène
Diamètre de
notre Galaxie
Dimension
d’une cellule
humaine
Taille estimée
380 000
km
0,105 nm
108 m
de l’Univers
km
5) l’unité astronomique (U.A)
La distance moyenne Terre-Soleil est appelée unité
astronomique :
1 U.A = 1,50x1011 m = 150x106 km
Cette unité est utilisée pour les grandes distances.
nom
Mercure
Vénus
Terre
Mars
Jupiter
Saturne
Uranus
Neptune
Pluton
distance moyenne de la planète
au Soleil en unité astronomique
(U.A.)
0.385
0.7245
1,0
1.52
5.20
9.55
19.2
30.1
39.5
4) L’année lumière (a.l.) : vidéo
Apprécier les dimensions entre les étoiles requiert
une unité de distance appropriée, l’année de lumière.
L’année lumière est la distance (m) parcourue par la
lumière dans le vide en une année.
Calcul d’une année lumière en mètre :
d 1a.l
c

 1 a.l  c.t
t t
1 a.l  3,00x108 x365x24x60x60
1 a.l  9,45x1015 m  9,45x1012 km
III) lumière dans l’espace
1) Propagation de la lumière :
Animation : propagation rectiligne des ondes
lumineuses
La lumière issue des étoiles traverse l’espace et
nous parvient. La lumière se propage en ligne
droite, dans le vide et dans tous les milieux
transparents et homogènes.
2) Le modèle du rayon lumineux
On modélise le trajet suivi par la lumière entre deux
points par des segments de droite orientés dans le
sens de la propagation. Ces segments sont appelés
rayons lumineux.
3) Vitesse de la lumière dans le vide
La première mesure a été effectuée par l’astronome
danois ROMER en 1676 à l’observatoire de Paris. C’est
une vitesse limite : aucun objet ou onde ne peut se
déplacer plus vite que la lumière dans le vide.
La vitesse de propagation de la lumière dans le vide,
appelée aussi célérité de la lumière vaut :
c = 3,00x108 m.s-1 = 3,00x105 km.s-1
Dans les milieux transparents la vitesse de la lumière
notée ‘ v ’ est inférieure à c. Dans l’air v  c
Rappel : définition de la vitesse moyenne vidéo
La vitesse moyenne d’un objet est égale au rapport de
la distance ‘d’(m) parcourue, sur la durée du parcourt
d
v
t
(s) :
L’unité légale de vitesse est le m.s-1
5) Voir loin, c’est voir dans le passé » :
La Nébuleuse d’Orion se situe à 1800 a.l. de la
Terre ; la lumière provenant d’Orion que nous
recevons aujourd’hui sur Terre a donc mis 1800
ans pour nous parvenir.
Plus nous observons loin dans l’espace et plus nous
regardons dans le passé.
Programme officiel
L'UNIVERS
L’Homme a de tout temps observé les astres afin de
se situer dans l’Univers. L’analyse de la lumière émise
par les étoiles lui a permis d’en connaître la
composition ainsi que celle de leur atmosphère et de
la matière interstellaire. L’étude du mouvement des
planètes autour du Soleil l’a conduit à la loi de
gravitation universelle.
Il apparaît ainsi que le monde matériel présente une
unité structurale fondée sur l’universalité des atomes
et des lois.
NOTIONS ET CONTENUS
COMPÉTENCES
ATTENDUES
Une première présentation de l’Univers : le remplissage
de l’espace par la matière est essentiellement lacunaire
aussi bien au niveau de l’atome qu’à l’échelle cosmique. Les
dimensions de l’Univers sont telles que la distance
parcourue par la lumière en une année est l’unité adaptée à
leur mesure.
Description de l’Univers :
Savoir que le remplissage
l’atome, la Terre, le
de l’espace par la matière
système solaire, la Galaxie,
est essentiellement
les autres galaxies,
lacunaire, aussi bien au
exoplanètes et systèmes
niveau de l’atome qu’à
planétaires extrasolaires.
l’échelle cosmique.
Propagation rectiligne de la
Connaître la valeur de la
lumière.
vitesse de la lumière dans le
Vitesse de la lumière dans
vide (ou dans l’air).
le vide et dans l’air.
Connaître la définition de
l’année de lumière et son
L’année de lumière.
intérêt.
Expliquer l’expression : «
voir loin, c’est voir dans le
passé ».
Utiliser les puissances de
10 dans l’évaluation des
ordres de grandeur.