Ch 7 : une première présentation de l’univers Aspect lacunaire de la matière à tous les niveaux. Dimensions de l’univers. Lumière et vitesse. une première présentation de l’Univers 1. Aspect lacunaire de la matière 1.1. L’atome 1.2. Le système solaire 1.3. Les galaxies 2. Description de l’Univers 2.1. Formation 2.2. Ordres de grandeur et puissances de 10 3. Lumière dans l’Univers 3.1. Propagation de la lumière 3.2. L’année lumière 1. Aspect lacunaire de la matière 1.1. L’atome De quoi est constitué un atome? (Expérience de Rutherford) L’atome a une structure lacunaire. Il est constitué d’un noyau et d’électrons en mouvements autour de ce dernier. (Attention électrons ne gravitent pas sur des orbites autour du noyau). Activité: l’atome d’hydrogène a un rayon de ra = 5,3.10-11 m et son noyau a un rayon de rn = 1,2.10-15 m. Calculer le rayon, r’a, d’un atome d’hydrogène fictif, si son noyau avait la taille d’une balle de tennis (r’n = 3,0 cm) . AN : ra r 'a r 'n rn r’n = 3,0.10-2 m ra = 5,3.10-11 m rn = 1,2.10-15 m r’a = 1,3.103 m ou 1,3 km Soit beaucoup de vide. 1.2. Le système solaire Le système solaire est constitué du soleil et des objets qui gravitent autour de lui : ses 8 planètes, quelques poussières, des astéroïdes et des comètes. En gardant les proportions, à quelle distance et de quelle taille serait la Terre si le Soleil avait la taille d’un pamplemousse? La Terre serait une petite tête d’épingle située à 10 m. Pluton se trouverait, elle, à 500 m. La très grande partie de l’espace qu’occupe le système solaire est vide. 1.3. Les galaxies Le Soleil est il une grosse étoile? Si on garde toujours les proportions, avec le Soleil de la taille d’un pamplemousse, à quelle distance se trouverait l’étoile la plus proche du Soleil (Proxima du Centaure)? Proxima du centaure serait un « pamplemousse » situé à près de 3000 km du « pamplemousse Soleil ». Une galaxie est un groupe de plusieurs milliards d’étoiles très éloignées entre elles. Notre Terre et le soleil appartiennent à la galaxie «la voie lactée ». Ses dimensions, sont de l’ordre de 1018 km. Mais ici aussi l’essentiel de l’espace est du vide. 2. Description de l’Univers 2.1. Formation Voir doc1 2.2. Ordres de grandeur et puissances de 10 Les distances astronomiques et atomiques étant très éloignées du mètre, on note les nombres correspondant avec l’écriture scientifique: ax10n . TP: Ecrire en notation scientifique les grandeurs de la feuille polycopiée. Peut-on trouver une échelle linéaire pour placer toutes les grandeurs de la feuille polycopiée? On utilise une échelle puissance de 10 pour placer les ordres de grandeur très éloignées sur un même axe. Placer toutes les grandeurs de la feuille polycopiée sur une telle échelle. 3. Lumière dans l’Univers 3.1. Propagation de la lumière Comment ce déplace la lumière dans l’espace? La lumière se déplace en ligne droite dans le vide à la vitesse de c = 3x108 m.s-1. 3.2. L’année lumière Les distances qui séparent les astres étant considérables, on préfère utiliser l’année lumière (a.l) comme autre unité de longueur que le mètre. 1 a.l est la distance parcourue par la lumière en 1 année. Activité: exprimer en mètre la distance qui nous sépare de l’étoile Proxima du Centaure à d = 4,22 a.l Réponse: Pour convertir en mètre, on multiplie le temps exprimé en seconde mis par la lumière à parcourir la distance, par sa vitesse exprimée en m.s-1. Soit: d = txc Quel temps t met la lumière de Proxima du Centaure pour nous parvenir? t = 4,22 années ou t = 4,22x(365x24x3600) s Puisque c =3x108 m.s-1 , l’application numérique finale donne: d = 4x1016 m Voit-on Proxima du Centaure en direct? Non. On la voit tel qu’elle était il y a 4,22 ans. «Voir loin c’est voir dans le passé».