l`ordre de grandeur
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Seconde – Physique partie A- C1- document élève Chapitre 1 : Outils de description de l'univers et du système solaire Activité 1 Répartition des planètes dans le système solaire Lire le texte donné en annexe présentant sommairement le système solaire. Le tableau qui suit peut être exploité durant tout le chapitre. Vous aurez à compléter la colonne vide au cours de l’activité. Astre Diamètre Distance au soleil Distance au Période de (en km) (en millions de soleil révolution km) (en km) (en jours) Étoile Soleil 1 400 000 1. Mercure 4 800 58 88 2. Venus 12 200 110 225 Planètes telluriques 3. Terre 12 750 150 365 4. Mars 6 700 230 687 5. Jupiter 143 000 780 4333 6. Saturne 122 000 1 400 10760 Planètes géantes 7. Uranus 52 000 2 900 30600 8. Neptune 48 000 4 500 60190 9. Pluton 4 000 5 900 90700 1. Écrire avec tous les zéros nécessaires la valeur de la distance entre le Soleil et la Terre en kilomètres. 2. Quel est l'inconvénient "pratique" d'une telle écriture ? 3. Proposer une "technique" pour écrire avec des chiffres cette même distance en kilomètres, sans écrire trop de zéros. 4. Avec cette "technique" écrire de deux façons différentes la distance entre le Soleil et Pluton en kilomètres. Notation scientifique. De façon plus générale, on peut écrire n'importe quel nombre selon un "format" qu'on appelle "notation scientifique" : En notation scientifique, tout nombre est écrit comme le produit d’un nombre compris entre 1 et 10 et d’une puissance de 10 : a 10 n où 1 a < 10 et n un entier positif ou négatif. Exemple : la distance Soleil-Terre s’écrit 1,50.108 km. 5. Compléter la colonne vierge du tableau à l'aide de la notation scientifique. ----------------------------------------- Activité 2 Un outil pratique de comparaison : l'ordre de grandeur Par rapport à son diamètre, Jupiter est très éloignée du Soleil. On souhaiterait savoir rapidement de "combien de diamètre elle est éloignée du Soleil". 1. Après avoir calculé le rapport de distance approprié, compléter la phase suivante : La distance Jupiter-Soleil est . . . . . . . fois plus grande que le diamètre de Jupiter. Pour faire des comparaisons rapides et approximatives de deux valeurs qui sont très différentes (qui ne sont pas du même ordre), on dispose d'une technique mathématique qui consiste à comparer leur ordre de grandeur. L'ordre de grandeur d'un nombre est la puissance de 10 la plus proche de ce nombre. sesames 1/5 juin 2006 Seconde – Physique partie A- C1- document élève Un ordre de grandeur permet d’évaluer rapidement la valeur d’une grandeur (généralement pour la situer par rapport à une autre valeur). 2. Indiquer l'ordre de grandeur de la distance Jupiter-Soleil, puis celui du diamètre de Jupiter. 3. Sans utiliser la calculatrice, calculer le rapport des deux ordres de grandeur précédents. 4. Compléter la phrase suivante en français : La distance Jupiter-Soleil est approximativement . . . . . . . fois plus grande que le diamètre de Jupiter. 5. Vérifier que le résultat précédent est cohérent avec l'ordre de grandeur du résultat de la question 1. 6. Sans refaire de calcul, mais en raisonnant sur les ordres de grandeurs, refaire la phrase ci-dessus avec la planète Saturne à la place de Jupiter. Petits exercices d'application Même si l’ordre de grandeur est un outil qui sert à comparer, on peut s’entraîner, sans faire de comparaison, à trouver les ordres de grandeurs de quelques valeurs. 1. Quel est l’ordre de grandeur des objets suivants (cocher la case) fourmi : km dizaine de m m cm mm pouce : km dizaine de m m cm mm immeuble de 10 étages : km dizaine de m m cm mm 2. À l'aide du tableau du début, donner l'ordre de grandeur du diamètre de la Terre. L'ordre de grandeur de son rayon est-il le même ? Et celui de la circonférence ? 3. Donner l'ordre de grandeur de l'espérance de vie d'un être humain en France. 4. Donner l’ordre de grandeur du nombre de secondes dans une année. ----------------------------------------- Activité 3 Réalisation d'une maquette du système solaire dans le couloir du lycée On souhaite réaliser une maquette du système solaire dans le couloir du lycée. Chaque binôme travaille sur deux planètes données : il doit déterminer les positions des planètes et leurs tailles dans la maquette. Pour l'échelle, on choisit d'utiliser la totalité du couloir pour y placer au moins Jupiter. On décide alors que la distance Jupiter-Soleil vaudra . . . . . . . . . . . . . pour la maquette. 1. En déduire l'échelle et l'indiquer à la façon des géographes : 1:………… 2. A cette échelle, quel doit être le diamètre d'un objet représentant le soleil dans la maquette ? Quel objet pourrait approximativement convenir ? On placera un tel objet à l'une des extrémités du couloir. 3. Calculer le diamètre de "vos planètes" et leurs distances au soleil dans la maquette. 4. Pour chacune de vos planètes, représenter la planète sur une feuille blanche (si ce n'est pas trop petit) et indiquer dans le coin en haut à gauche : le diamètre réel et le diamètre à l'échelle (ou diamètre réduit) ; la distance réelle au soleil et la distance à l'échelle (distance réduite). On pourra aussi choisir, parmi tous les objets sphériques disponibles, celui qui convient le mieux pour représenter la planète et l'accrocher à un fil "invisible". Placement des planètes : vous disposez soit du plan de l'étage du lycée (avec une échelle précisée) soit de décamètres. 5. Si vous pouvez placer "vos planètes" dans le lycée, faites-le le plus précisément possible. Sinon, indiquer approximativement, à l'aide de plans ou de cartes, où vous devriez les placer. Questions d'exploitation 6. a) A quelle distance de l'objet représentant le soleil devrait-on placer à cette échelle l'étoile la plus proche du soleil (Proxima du Centaure), située à 4,07.1013 km ? b) Justifier à l'aide de la maquette, et éventuellement à l'aide d'un dictionnaire, l'affirmation suivante : "le système solaire a une structure lacunaire". 7. a) Le schéma du système solaire représenté dans le document annexe vous semble-t-il "à l'échelle", c’est-à-dire respectant une même échelle pour toutes les orbites tracées ? Même question pour le photo-montage à la fin du document annexe, au sujet des distances entre le soleil et les planètes. sesames 2/5 juin 2006 Seconde – Physique partie A- C1- document élève b) Sur le photo-montage, l’échelle a-t-elle été respectée pour les tailles des planètes ? ----------------------------------------- sesames 3/5 juin 2006 Seconde – Physique partie A- C1- document élève Activité 4 Temps de parcours de la lumière dans l'univers et application à la désignation des distances La vitesse de la lumière dans le vide vaut 3,00.108 m.s-1 (soit environ trois cent mille kilomètres par seconde). C’est une vitesse limite : il n’existe pas de vitesse supérieure. Remarque : la vitesse de la lumière dans l’air est quasiment la même que dans le vide. 1. Donner un exemple courant qui illustre la différence entre la vitesse du son dans l’air et celle de la lumière. 2. On raisonne sur l'analogie suivante : Le TGV, qui va à 300 km.h-1, soit 83,3 m.s-1, correspond à la lumière. On cherche un animal possible pour correspondre au son, qui se propage dans l'air à 340 m.s-1. a. Quelle valeur aurait la vitesse, en m.s-1, de cet animal qui correspond au son. b. Donner le résultat en cm.h-1. c. Proposer un animal qui se déplace à cette vitesse. L’année de lumière est la distance parcourue par la lumière dans le vide pendant une année. Le symbole de cette unité de distance est a.l.. ATTENTION, l’année de lumière est bien une unité de distance et non de temps… 3. Déterminer la valeur d'une année de lumière en m. 1 a.l. = . . . . . . . . .m. 4. Quel est, en m, l'ordre de grandeur de l'année de lumière. 5. a. Combien de temps (en années) la lumière met-elle pour nous parvenir de Proxima du Centaure ? (distance entre Proxima du centaure et la Terre = 4,07.1013 km). b. Quelle est la distance entre la Terre et Proxima du centaure en années de lumière ? c. A partir de cet exemple indiquer l’intérêt qu’il y a à exprimer les distances des astres en année de lumière. 6. Combien de temps (en minutes) la lumière met-elle pour nous parvenir du Soleil ? Est-ce que l'année de lumière est une unité adaptée pour la distance Soleil-Terre ? Proposer une autre unité plus adaptée. 7. Antarès est une étoile située à 170 années de lumière de la Terre. a. Combien de temps la lumière émise par Antarès met-elle pour nous parvenir ? b. Comment est-il possible que certains scientifiques pensent que cette étoile s'est déjà éteinte alors qu'elle est encore visible dans le ciel ? sesames 4/5 juin 2006 Seconde – Physique partie A- C1- document élève Document annexe LES COMPAGNONS DU SOLEIL La nuit, des milliers d’étoiles scintillent dans le ciel. Toutes ces étoiles font partie de notre galaxie, la voie lactée. Le soleil, vieux de 5 milliards d'années environ, est une étoile parmi elles. C’est l'étoile la plus proche de la Terre. Autour de lui gravitent neuf planètes dont la Terre. Comme la Terre, toutes les planètes tournent sur elles-mêmes. Eclairées par le soleil, elles nous renvoient une partie de la lumière quelles reçoivent et brillent dans le ciel. La plus connue est Vénus, appelée improprement " étoile du berger ". Contrairement aux étoiles qui, chaque soir, se retrouvent à la même place dans le ciel, la position des planètes change, d’où leur nom : planète signifie « astre errant » en grec. Les neuf planètes du système solaire sont, de la plus proche à la plus éloignée : Mercure, Vénus, Terre, Mars, Jupiter, Saturne, Uranus, Neptune et Pluton. Toutes ces planètes se déplacent sur des orbites pratiquement circulaires. Seule la Terre fait un tour complet du soleil en 365 jours. Les planètes du système solaire, sauf Pluton, sont divisées en deux grandes catégories. terre, en latin). Mercure, Vénus, la Terre et Mars sont ainsi toutes constituées d’une matière rocheuse et leur surface est solide. Leur taille n’est pas très importante et elles ne possèdent pas beaucoup de satellites (Mars en a deux, la Terre, un seul). Elles circulent sur des orbites relativement proches du soleil. On appelle planètes géantes gazeuses les quatre planètes largement plus grande et plus lourde que la Terre : Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune. Jupiter, par exemple, est onze fois plus grande que la Terre et mille fois plus lourde. Ces planètes sont essentiellement constituées de gaz, et leur surface n’est pas dure. Entourées d’anneaux et possédant de nombreux satellites, elles circulent à des distances du soleil plus importantes que les planètes telluriques. On appelle planètes telluriques les planètes qui ressemblent à la Terre comme l'appellation le suggère (tellus = Pluton est un gros caillou dont le statut est entre planète et astéroïde. ou sur fond blanc : sesames 5/5 juin 2006
