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Chp1 Le système solaire et la gravitation Activité 1 Astronomie Cassiopée a choisi de faire un exposé sur l’astronomie, mais il y a pleins de mots qu’elle ne connait pas bien. 1-Prévisions 1-1-D’après toi, qu’est ce que l’astronomie ? 1-2-D’après toi, qu’est ce qu’une étoile ? 1-3-D’après toi, quelle est l’étoile la plus proche de nous ? 1-4-D’après toi, qu’est ce qu’une planète ? 1-5-D’après toi, quelle est notre planète ? 1-6-D’après toi, qu’est ce qu’un satellite naturel ? 1-7-D’après toi, quel est le satellite naturel le plus proche de nous? 1-8- D’après toi, lequel ou lesquels de ces objets tournent autour de l’autre ou des autres ? 2-Recherche documentaire : fais des recherches sur internet 3-Exploitation: 3-1-Qu’est ce que l’astronomie ? 3-2-Qu’est ce qu’une étoile ? 3-3-Quelle est l’étoile la plus proche de nous ? 3-4-Qu’est ce qu’une planète ? 3-5-Quelle est notre planète ? 3-6-Qu’est ce qu’un satellite naturel ? 3-7-Quel est le satellite naturel le plus proche de nous? 4-Résultats : Tes prévisions étaient elles exactes ? 5-Conclusion : Fais un schéma pour montrer ce qui tourne autour de qui. Autoévaluation des compétences Dans cette activité, j’ai : Formulé une prévision Utilisé correctement l’outil informatique Extrait des informations Validé ou invalidé une prévision Formulé une conclusion Je sais faire Je ne sais pas encore bien faire Je ne sais pas faire Bilan : Le Soleil est une étoile qui est au Centre du système solaire. Autour de lui tournent des planètes comme la Terre; on dit que ces planètes sont en orbite ou gravitent autour du Soleil. De même, une planète peut posséder un ou plusieurs satellites naturels. Les satellites naturels gravitent autour d’une planète. La lune est le satellite naturel de la Terre. Activité2 Le grand ballet Cassiopée s’interroge « Mais les planètes ? Est-ce qu’elles ont toutes le même mouvement autour du Soleil ?» 1-Prévisions : 1-1-D’après toi, quel est l’objet le plus lourd du système solaire ? 1-2-D’après toi, combien existe-t-il de planètes dans notre système solaire ? 1-3- D’après toi, est ce que toutes les planètes tournent dans le même sens autour du Soleil 1-4- D’après toi, est ce que toutes les planètes ont la même vitesse autour du soleil ? 2-Recherche documentaire : Étudie les documents proposés 3-Exploitation: 3-1-Quel est l’astre du système solaire qui a la plus grande masse? 3-2-Quelle position occupe le Soleil dans le système solaire ? 3-3- Combien existe-t-il de planètes dans notre système solaire ? 3-4-Donne les planètes du système solaire dans l’ordre d’éloignement au Soleil ? 3-5- Quelle planète a la plus grande vitesse orbitale ? 4-Résultats : Tes prévisions étaient elles exactes ? 5-Conclusion : Que peut-on dire du mouvement des planètes autour du Soleil ? ------------ ---Document Le système solaire est un système planétaire constitué en son centre d’une Distance moyenne Vitesse orbitale Période de étoile, le Soleil, et de huit planètes qui se déplacent autour de celle-ci sur des PLANETES au Soleil en km en km/h révolution trajectoires presque circulaires. Mercure 57 910 000 172 404 87,97 jours Le Soleil concentre plus de 99% de la masse totale du système solaire. Venus 108 200 000 126 108 224,70 jours Les planètes tournent toutes dans le même sens, sur des orbites quasiment Terre 149 600 000 107 244 365,25 jours circulaires et à des vitesses considérables. La durée d’un tour complet Mars 227 940 000 86 868 686,98 jours caractérise chaque planète; on l’appelle période de révolution. Jupiter 778 330 000 47 016 11,86 ans Saturne 1 426 980 000 34 704 29,46 ans Près du Soleil se trouvent Mercure, Vénus, la Terre et Mars, nommées planètes Uranus 2 870 990 000 24 516 87,04 ans telluriques car elles sont constituées de roches. Au-delà, on trouve Jupiter, Neptune 4 497 070 000 19 548 164,79 ans Saturne, Uranus et Neptune, nommées planètes géantes gazeuses car elles sont constituées en majorité de gaz. La plupart des planètes possèdent des satellites naturels qui tournent autour de celles-ci. La Terre possède un seul satellite: la Lune. Mars en possède deux et Jupiter en possède plus d’une soixantaine. D’autres petits corps gravitent autour du Soleil: -Les comètes qui sont des corps rocheux enveloppés de glace, originaires des confins du système solaire; -La ceinture d’astéroïdes qui est un ensemble de plusieurs millions de petits corps rocheux situés entre Mars et Jupiter. Bilan : Le Soleil est l’astre le plus lourd du système solaire. Autour du Soleil gravitent huit planètes; Elles se déplacent toutes dans le même sens sur des trajectoires quasiment circulaires à très grande vitesse. Activité3 Liaison ou pas ? Philémon s’interroge : « Je ne comprends pas pourquoi depuis le temps que la Terre tourne autour du Soleil, elle ne s’est pas encore éloignée du Soleil. » Cassiopée lui répond : « Elle ne risque pas de s’éloigner, tout se passe comme si le Soleil tient la Terre en laisse. » 1-hypothèse : D’après toi, pourquoi la Terre ne s’éloigne pas du Soleil ? 2-Recherche documentaire vidéo et document : Étudie les documents proposés 3-Exploitation: 3-1-En quoi la position du lanceur montre qu’il tire sur le filin pour maintenir le marteau sur sa trajectoire ? 3-2-Que se passe t il lorsque le lanceur lâche le filin ? 3-3- Que se passe t il si le lanceur tire sur le filin sans faire tourner le marteau autour de lui°? 3-4-Par analogie avec le lancer de marteau, quel type d’action le Soleil doit-il exercer sur la Terre pour l'empêcher de s’échapper dans l’espace? 3-5-Existe-t-il un filin entre le Soleil et la Terre ? 3-6-Que pourrait-il se passer si tout à coup on pouvait arrêter le mouvement d’une planète autour du Soleil ? 3-7- Que pourrait-il se passer si tout à coup on pouvait arrêter l’action du Soleil sur une de ses planètes ? 4-Résultats Ton hypothèse a-t-elle été vérifiée ? 5-Conclusion : 5-1-Quel(s) est (sont) le(s) point(s) commun(s) entre les trajectoires du marteau autour du lanceur et de la Terre autour du Soleil ? 5-2-Quel(s) est (sont) le(s) point(s) commun(s) et la ou les différence(s) entre l’action du lanceur sur le marteau et l’action du Soleil sur la Terre ? ---Documents 1-Vidéo : http://www.dailymotion.com/video/x65aug_le-lancer-du-marteau_sport 2-Texte : Un marteau est composé d’une boule métallique, d’un filin et d’une poignée. Tout d’abord, le lanceur fait tourner le marteau autour de lui pour lui permettre d’atteindre une vitesse importante. Le mouvement du marteau est circulaire, ce mouvement circulaire du marteau est dû à l’action exercée par la main sur le filin du marteau. Pour effectuer le lancer, le lanceur lâche Le filin. Si nous comparons le mouvement du marteau autour du lanceur et celui d’une planète autour du Soleil, alors nous remarquons que le marteau tourne autour du lanceur comme la Terre tourne autour du Soleil mais elle ne s’en éloigne jamais Réponse de la classe Le mouvement d’une planète autour du Soleil peut être comparé à celle d’un marteau autour d’un lanceur : -La trajectoire du marteau autour du lanceur est circulaire. -La trajectoire des planètes autour du soleil est circulaire. L’action du Soleil sur une planète peut être comparée à celle d’un lanceur sur un marteau : -La main du lanceur est en contact avec le filin du marteau : c’est une action de contact. Le lanceur tire sur le filin du marteau : Le marteau ne peut pas s’éloigner Si le lanceur lâche le filin le marteau s’éloigne Si le lanceur tire sur le filin sans faire tourner le marteau , le marteau lui tombe dessus -Le Soleil n’est pas en contact avec la planète : c’est une action à distance. Le Soleil attire la planète : La planète est maintenue sur son orbite circulaire, elle ne peut pas s’éloigner. Imaginons que le Soleil cesse son attraction alors la planète poursuivrait son mouvement et partirait au loin… Imaginons que le mouvement circulaire de la planète autour du Soleil cesse alors l’attraction du Soleil ferait que la planète tomberait sur le Soleil. Bilan : Le Soleil exerce une attraction sur l’ensemble de ces planètes pour les maintenir en orbite : C’est l’attraction dite gravitationnelle, appelée aussi gravitation. Le soleil n’est pas en contact avec la planète, c’est une attraction à distance. De même, la Terre exerce une attraction gravitationnelle (gravitation) sur la lune pour la maintenir en orbite. Activité4 la Lune est une grosse pomme Sur internet, Philémon a trouvé que la Lune se comporte comme une grosse pomme qui tombe d’un pommier. Cela le laisse perplexe… 1-hypothèse : D’après toi, comment peut on faire un lien entre le mouvement de la lune qui tourne autour de la Terre et ne tombe pas et celui de la pomme qui tombe sur Terre et ne tourne pas? 2-Recherche documentaire vidéo et document : étudie les documents proposés 3-Exploitation: 3-1-Comment relier la vitesse initiale d’un projectile et la distance qu’il parcourt avant de toucher le sol terrestre ? 3-2-Grâce la simulation, à quelle vitesse initiale doit-on lancer le projectile pour qu’il ne touche plus la Terre ? 4-Résultats : Ton hypothèse a-t-elle été vérifiée ? 5-Conclusion : Qu’est ce qui cause le mouvement circulaire de la Lune autour de la Terre et la chute d’un objet sur Terre ? ---documents : 1-Texte : Isaac Newton (1642-1727) est un physicien, philosophe, astronome, et mathématicien anglais, considéré comme l’un des plus grands scientifiques de tous les temps. Newton a été le premier à penser que ce qui fait tomber une pomme d’un arbre vers le sol, n’était pas limitée à une certaine distance de la Terre, mais que son action devait s’étendre beaucoup plus loin, même jusqu’à la Lune. En faisant des calculs, il a prouvé que la chute de la pomme et le mouvement circulaire de la Lune autour de la Terre sont causés tous les 2 par la gravitation. Une pomme bien mure se détache du pommier et tombe à la verticale. Une pomme lancée à l’horizontale depuis le pommier tombera un peu plus loin. Une pomme projetée à l’horizontale depuis le pommier avec une grande vitesse initiale ira encore plus loin. Un projectile tiré par un canon ira beaucoup plus loin 2-Simulation : http://waowen.screaming.net/revision/force&motion/ncananim.htm Bilan : Newton (1642-1727) a montré que le mouvement des objets sur Terre et des corps célestes sont gouvernés par l'attraction gravitationnelle. Activité 5 Comme un aimant Philémon et Cassiopée ne sont pas d’accord : « Ah oui, la gravitation est une action à distance, comme un aimant qui attire un clou à distance. C’est simple, en fait, la Terre est un gros aimant» « Mais Non, lui répond Cassiopée, il y a qu’en même des différences entre l’action de la Terre sur un objet et l’action d’un aimant » Philémon rétorque alors : « je ne vois pas !!! C’est quoi ces différences alors ? » 1-Prévision : D’après toi, y a-t-il des différences entre l’action d’un aimant sur un objet et l’action de la Terre sur cet objet ? 2-Protocole : Imagine des expériences qui permettent de différencier ces 2 actions. Fais des schémas et des phrases décrivant ces expériences et fais les valider par le professeur 3-Expérience : Réalise tes expériences 4-Observations : Note tes observations 5-Résultats : Ta prévision était elle correcte 6-Conclusion : 6-1-Donne les différences qu’il y a entre l’action de la Terre sur un objet et celle de l’aimant sur celui-ci. 6-2-Laquelle de ces 2 actions peut-on qualifier d’attraction universelle? Dans cette activité, j’ai : Je sais faire Je ne sais pas encore bien faire Je ne sais pas faire Formulé une prévision Imaginé un protocole en lien avec ma prévision Fait une expérience en lien avec mon protocole Noté mes observations Validé ou invalidé une prévision Formulé une conclusion Réponse de la classe Bilan Il y a des différences entre l'attraction gravitationnelle et l’attraction qu’un aimant fait subir à un objet : L’aimant n’attire que les objets en fer ou en acier La Terre attire tout. Depuis Newton, la gravitation est qualifiée d’attraction universelle Activité6 Loin des yeux, loin du cœur ? Travail des compétences I3c I2b I1a I3f et I4a Cassiopée s’interroge « est ce que la distance qui sépare la Terre et un satellite a une influence sur l’attraction gravitationnelle entre ces 2 objets ? » A-hypothèse : D’après toi, est ce que la distance entre un satellite et la Terre fait varier l’attraction gravitationnelle entre ces 2 objets ? Malgré les différences entre l'attraction gravitationnelle et celle qu’un aimant fait subir à un objet, pour valider ou invalider, ton hypothèse on va utiliser une analogie expérimentale, dans ce dispositif l’aimant jouera te rôle de la Terre et un petit trombone en acier celui d’un satellite. B-Utilisation de l’analogie expérimentale B-1-Prévision expérimentale : D’après toi, lorsqu’on approche progressivement un aimant d’un trombone suspendue par un fil, que va-t-il se passer pour le fil de suspension? B-2-Protocole On suspend un trombone à un fil et on approche progressivement l’aimant de celui-ci B-3-Expérience : On fait l’expérience B-4-Observations : La ficelle de suspension est elle toujours tendu de la même façon, lorsqu’on approche l’aimant ? B-5-Résultat : Ta prévision B-1- était-elle exacte ? B-6-Interprétations : Quand cette interaction attractive est-elle la plus grande ? En raisonnant par analogie, on considère que dans ce dispositif l’aimant joue te rôle de la Terre et le trombone celui d’un satellite C-Résultat : Ton hypothèse A est-elle juste ? D-Conclusion : Comment est modifiée la gravitation en fonction de la distance séparant la Terre et un satellite. Réponse de la classe Bilan On peut rapprocher l'attraction gravitationnelle et l’action que l’aimant fait subir à un objet en acier -Elles s’exercent toutes les 2 à distance -Elles ont toutes les 2 leur intensité qui diminue avec l’éloignement : (plus le satellite est proche de la Terre plus l’attraction gravitationnelle est forte. plus le satellite est loin de la Terre plus l’attraction gravitationnelle est faible.) La gravitation est une action à distance dont l’intensité diminue quand la distance augmente Ex soleil venus et pluton Activité7 Et la réciproque ? Travail des compétences I3c I2b I1a I3f et I4a Philémon regarde la lune depuis quelques minutes. « La lune est énorme, son diamètre est un tiers de celui de la Terre. Pourquoi elle n’exercerait pas une attraction gravitationnelle sur la Terre ? » A-hypothèse : D’après toi, la lune exerce-t-elle une attraction gravitationnelle sur la Terre ? Malgré les différences entre l'attraction gravitationnelle et celle qu’un aimant fait subir à un objet, pour valider ou invalider, ton hypothèse on va utiliser une analogie expérimentale, dans ce dispositif l’aimant jouera le rôle de la Terre et un objet en acier celui d’un satellite comme la lune. B-Utilisation de l’analogie expérimentale B-1-Prévisions expérimentales B-1-1 D’après toi, que va-t-il se passer lorsqu’on approche un aimant d’un objet en acier suspendue par un fil ? B-1-2- D’après toi, que va-t-il se passer lorsqu’on approche un objet en acier d’un aimant suspendu par un fil ? B-2-Protocole : Dans un premier temps, on suspend un objet en acier à un fil et on approche progressivement l’aimant de celleci. Puis dans un second temps, on suspend l’aimant à un fil et on approche progressivement l’objet en acier. B-3-Expérience : On fait les expériences B-4-Observations : B-4-1- Dans le premier temps, quelle est l’action de l’aimant sur l’objet en acier ? B-4-2- Dans le second temps, quelle est l’action de l’objet en acier sur l’aimant ? B-5-Résultats : Tes prévisions expérimentales (B11 et B12) étaient-elles exactes ? B-6-Interprétations : Pourquoi peut on parler d’action réciproque bille / aimant (ou interaction) ? En raisonnant par analogie, on considère que dans ce dispositif l’aimant joue le rôle de la Terre et la bille celui d’un satellite comme la lune. C-Résultat : Ton hypothèse A est-elle juste ? D-Conclusion : D-1-L’action de la Terre sur la lune est-elle une action réciproque ? D-2-Quel phénomène marin montre que la lune a aussi une action sur la Terre ? Dans cette activité, j’ai : Je sais faire Je ne sais pas encore bien faire Formulé une hypothèse Je ne sais pas faire Fait une prévision expérimentale Imaginé un protocole en lien avec ma prévision Noté mes observations Validé ou invalidé une prévision Fait une interprétation Validé ou invalidé une hypothèse Formulé une conclusion Bilan On peut rapprocher l'attraction gravitationnelle et l’action que l’aimant fait subir à un objet en acier -Elles sont toutes les 2 réciproques : L’aimant agit sur l’objet en acier et réciproquement il agit sur l’aimant, La Terre agit sur la lune et réciproquement la lune agit sur la Terre, on dit pour cela que ces actions réciproques sont des interactions Activité 8 Recherches Travail des compétences I3c I1b I3f et I4a Cassiopée a fait des recherches sur Isaac Newton. Cassiopée : « Tu vois Isaac Newton est un grand scientifique, il a découvert la loi de l’attraction gravitationnelle, c’est une attraction entre tous les objets de l’univers… » Philémon: « Est-ce que cela voudrait dire que les objets qui m’entourent, comme cette trousse par exemple, sont en train de m’attirer ? » 1-hypothèse : A ton avis, est ce que les objets qui nous entourent, comme une trousse, nous font subir une attraction gravitationnelle ? 2-Recherche documentaire : Lis le document proposé 3-Exploitation: 3-1-Compare la masse de la planète Terre avec la masse des autres objets qui nous entourent, on donne la masse de la Terre = 6 × 1024 kg 3-2- Compare alors l’attraction gravitationnelle créée par la Terre à celle créée par la trousse de ton voisin, explique 4-Résultats : Ton hypothèse a-t-elle été vérifiée ? 5-Conclusion : Que dire des effets perceptibles de l’attraction gravitationnelle de tous les objets qui nous entourent ? Document Isaac Newton (1643-1727) est un scientifique et philosophe, reconnu entre autre pour avoir fondé la mécanique classique et la loi de l’attraction universelle. Il a montré que la gravitation explique tous les mouvements dans l’univers, c’est une interaction attractive à distance entre tous les objets. Elle nous maintient au sol terrestre, permet de faire tomber une pomme d’un pommier, garde la Lune en orbite autour de la Terre et la Terre en orbite autour du Soleil. Newton a montré que la gravitation dépend de la distance entre les objets, mais dépend aussi beaucoup de la masse de ces objets. Plus un objet a une grande masse, plus il va créer une attraction gravitationnelle autour de lui. Bilan Depuis les théories d’Isaac Newton, on sait que tous tes objets s’attirent mutuellement du fait de leur masse. La gravitation gouverne tout l’Univers (système solaire, étoiles et galaxies) : La gravitation est une interaction attractive à distance entre tous tes objets, Elle dépend de la masse des objets et son intensité diminue quand la distance entre les objets augmente. Chapitre 2 Qu’est ce que le poids ? Activité 1 Chute libre d’une balle 1-Prévision:: D’après toi, comment sera le mouvement de la balle lorsqu’elle chute 2-Protocole : On lâche la balle 3-Expériences : On fait l’expérience 4-Observations : 3-1-Suivant quelle direction s’effectue le mouvement de la balle ? 3-2-Suivant quel sens s’effectue le mouvement de la balle ? 5-résultats : Tes prévisions expérimentales étaient-elles exactes ? 6-Interprétations : 6-1-Pourquoi la balle tombe t elle ? 6-2-Donne les caractéristiques de l’action qui attire la balle (nom, direction, sens) Réponse de la classe La chute d’un objet lâché sans vitesse initiale s’effectue suivant la verticale du lieu L’objet tombe de haut en bas L’objet subit l’attraction gravitationnelle terrestre vers le centre de la Terre L’attraction gravitationnelle permet à l’objet d’accélérer au cours de sa chute. Bilan L’attraction gravitationnelle terrestre pour un objet proche de la Terre est appelé « poids » ou la « pesanteur ». Le poids d’un objet sur Terre est l’action attractive exercée par la Terre sur cet objet de son voisinage. Cette action est une action à distance , sa direction est suivant le rayon de la Terre, son sens est vers le centre de la terre Schéma En un lieu précis, la direction du poids est la verticale Le sens du poids est du haut vers le bas Schéma Activité 2 Conquête de la Lune 1-Prévision: D’après toi, ton poids est il le même en tout point de l’univers ? 2-Recherche documentaire : On regarde le film « conquête de la Lune » 3-Exploitation : Au vue du film sur la conquête de la Lune, 3-1-L’attraction gravitationnelle est–elle la même sur la Terre et sur la Lune ? 3-2-Le poids du rocher est-il le même sur la Terre et sur la Lune ? 3-2-Le poids du spationaute est-il le même sur la Terre et sur la Lune ? 4-Résultats : Ta prévision était elle juste ? 5-Conclusion : As-tu le même poids sur Terre et sur la lune ? Bilan L’attraction gravitationnelle d’un astre sur un objet est appelé poids Le poids d’un objet sur Terre est plus grand que sur la Lune. Le poids d'un objet varie dans l'univers et dépend de l'astre où l’objet se trouve. +++Activité 3 le poids et la masse 1-Prévision: D’après toi, qu’est ce qui distingue le poids et la masse d’un objet ? 2-Recherche documentaire : On étudie le document 3-Exploitation : 3-1-La masse d’un astronaute est-elle différente sur la Terre et sur la lune ? 3-2-Le Poids d’un astronaute est-il le même sur la Terre et sur la Lune ? 4-Résultats : Ta prévision était elle juste ? 5-Investissement : Lorsque tu te pèses, mesures-tu ton poids ou ta masse ? Document---------Masse Poids La masse m d’un objet se mesure à l’aide d’une balance. Le poids d’un objet se mesure à L’unité de la masse est le gramme(g), on peut utiliser des multiples ou des l’aide d’un dynamomètre. L’unité sous multiples du gramme comme le kilogramme (kg). La masse d’un objet du poids est le Newton (N). est liée à la quantité d’atomes présents dans un objet. Si le nombre d’atomes composant l’objet ne varie pas alors la masse de l’objet ne varie pas : la masse m est indépendante du lieu où l'on se trouve (la masse est la même sur la Terre, la Lune...). La balance reste en équilibre soit sur la Terre ou sur la Lune masse du ballon ne change pas qu'on car la Le poids d’un objet est l’action gravitationnelle exercée par la planète sur cet objet ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- -------------------http://pgj.pagesperso-orange.fr/planetes/poids.htm ……………………… Bilan La valeur du poids et la masse sont des grandeurs de nature différentes. La masse m d’un objet caractérise la quantité de matière contenue dans l’objet, elle se mesure avec une balance et s’exprime en g ou kg. Le poids P d’un objet sur Terre est l’action gravitationnelle e exercée par la Terre sur la totalité de cet objet, la valeur du poids se mesure avec un dynamomètre et s’exprime en newton N Nom : Classe : Activité 4 relation entre le poids et la masse Sur la boite de conserve, Philémon a trouvé une erreur : « pourquoi est-il noté ‘‘Poids =750g’’. sur cette boite de conserve, il faudrait plutôt écrire ‘’Masse=750g’’ ? Vraiment, je ne comprends pas pourquoi la plupart des gens se trompe et utilise le mot Poids à la place du mot masse ? » Cassiopée « OUI, c’est vrai mais il doit quand même exister une relation entre le poids et la masse. Non ? » Faire un compte rendu de la démarche expérimentale avec tableau de mesures et graphique En SPC, chaque problème que l’on se pose amène une résolution particulière. Le compte rendu de la démarche expérimentale avec tableau de mesures et graphique permet d’expliquer de façon standardisée une manière de résoudre le problème. Les mots d’ordres pour le compte rendu sont : SOIN, PROPRETÉ, CLARTÉ, CONCISION, INTÉGRALITÉ DE L'INFORMATION I3c /1 1-Prévision: D’après toi, existe-t-il une relation entre la valeur du poids et la masse d’un objet sur Terre ? Faire une phrase qui présente ton avis sur un problème. Cette étape consiste à formuler une prévision en lien avec le problème que l’on cherche à résoudre et permet ainsi de préciser pourquoi est ce que l’on va suivre cette démarche. 2-Protocole expérimental : Mesurer la valeur du poids avec un dynamomètre pour différentes combinaisons de masses marquées. 2-1-Faire une phrase qui présente le principe de la manipulation : « C’est comment on va procéder.… ». I1b /1 Attention, ce n’est pas une recopie telle quelle du protocole de l’énoncé. 2-2- Faire un schéma du protocole réalisé à la règle et comportant un titre et des légendes: « C’est la manipulation expliquée visuellement… » (Minimum un quart de page et maximum une demie page) I2j /1 I2b I2c /1 /1 3-Expérience : Faire les expériences en suivant le protocole et en respectant les consignes de sécurité 4-Tableau de mesures : Noter dans un tableau les mesures de la masse (en kg) et la valeur du poids (en N) correspondante. masse m (en kg) poids P (en N) Faire un tableau présentant les valeurs numériques recueillies expérimentalement. toutes les mesures doivent être collectées afin d’être correctement exploitées. Le tableau doit comporter les éléments suivants : 1. Un cadre tracé à la règle 2. Des titres, pour informer sur son contenu, 3. Des légendes pour expliquer la signification des abréviations. 4. Les valeurs mesurées I2h /0,5 /0,5 /0,5 /0,5 5-Etude graphique : Reporter les valeurs expérimentales dans un graphique: la valeur du Poids P en N (ordonnée) en fonction de la masse m en kg (abscisse). Faire un graphique, pour donner une signification aux mesures réalisées. Le graphique est réalisé sur du papier millimétré au crayon à papier, il doit être propre, et comporte les éléments suivants : A. Un titre pour décrire son contenu, B. Une échelle pour graduer les axes. Il faut toujours adapter l’échelle en fonction des valeurs à placer dans le graphique. Le graphique doit occuper le plus grand espace possible sans jamais déborder de la feuille. C. Des axes tracés à la règle (pas sur les bords extrêmes de la feuille), on les gradue tous les centimètres, au bout de chaque axe on précise la grandeur qu’il représente et son unité. On stoppe les axes autour de la dernière valeur du tableau de mesures. D. Des points expérimentaux tracés d’une croix plus : « + » E. Un encadré pour y faire figurer légendes et échelles I2i /0,5 /0,5 /0,5 /1 /0,5 6-Interprétations : : 6-1-Tracer la courbe La courbe est tracée d’une autre couleur avec un stylo qui s’efface par exemple, cela pour distinguer la partie expérimentale (les points) de l'interprétation (la courbe). Ne jamais relier les points par des segments de droite, il faut apprécier l’allure générale de la courbe : Si les points ne sont pas alignés alors la courbe est tracée à main levée passant au plus près des points. Si les points semblent alignés alors une droite est tracée à la règle en passant au plus près des points. Il faut laisser apparaître les points expérimentaux qui ne sont pas sur la courbe. I3k /1 I1f /1 I3f /1 I3k /1 I2f /1 I3k /1 6-2-Décrire la courbe On donne du sens à la partie expérimentale à l’aide de nos connaissances 7-Résultat : Ta prévision était elle correcte ? Existe-t-il une relation entre le Poids et la masse ? Faire une phrase qui indique si la prévision que l’on a faite est correcte ou non. C’est la phase la plus importante de la démarche qui montre que l’on a compris le problème posé et qu’on l’a résolu. 8-Conclusion : 8-1- Comment s’appelle le type de relation mathématique entre le Poids et la masse ? 8-2-Calculer g le coefficient de proportionnalité liant la masse m en kg et le poids Pen N. (g est appelé l’intensité de pesanteur). 8-3-Choisir la bonne relation entre P, m et g: Pm=g , P=mg Faire des phrases permettant de vérifier que l’on a convenablement répondu au problème posé et permettant de replacer le TP dans un contexte plus large. Cette étape permet d’aboutir à un modèle mathématique. 9-Application : Détermine ton poids sur Terre. Faire des phrases permettant de montrer que l’on sait utiliser le modèle mathématique. I2g I4d /1 /1 Propreté /3 Bilan La valeur du poids P et la masse m d’un objet sont 2 grandeurs proportionnelles. P=mg g est l’intensité de pesanteur, on prendra sur Terre g=10N/kg Sur Terre g diminue avec l’éloignement au centre de la Terre g varie aussi suivant les planètes, plus la planète est massive plus g est grand Mercure Vénus Mars Jupiter Saturne Lune Terre -1 -1 -1 -1 -1 -1 g intensité de pesanteur 3,78N.kg 8,60N.kg 9,81N.kg 3,72N.kg 22,9N.kg 9,05N.kg 1,60N.kg-1 Chapitre3 L’énergie Activité 1 - Préparer l’ASSR Cassiopée révise pour préparer l’ASSR et elle s’interroge sur ce qu’elle a lu dans les documents de la sécurité routière : « C’est incroyable !!… La vitesse excessive des véhicules intervient dans la moitié des accidents…». Philémon s’interroge : « Ok !! Mais comment lutter efficacement contre la vitesse au volant ??? Certains parlent de baisser les limitations de vitesse…. » D’après vous, quel pourcentage des conducteurs français reconnaissent dépasser les limitations de vitesse ? 2-Recherche documentaire : On étudie les documents 3-Exploitation : 3-1- La vitesse excessive ou inadaptée intervient pour quel pourcentage dans les accidents mortels ? 3-2- Dans le document2, il est dit que 50km/h correspond approximativement à 14m/s, explique comment on fait passer de l’une à l’autre de ces vitesses : 3-3-Un automobiliste pense qu’il va gagner beaucoup de temps sur une route nationale s’il roule à la vitesse moyenne de 100 km/h au lieu de respecter les limitations de vitesse. 3-3-1-Quel temps met-on sur un parcours de 90 km à la vitesse moyenne de 90 km/h ? 3-3-2-Quel temps met-on sur un parcours de 90 km à la vitesse moyenne de 100 km/h ? 3-3-3-Combien de minutes gagne-t-il en ne respectant pas les limitations de vitesse sur ce parcours de 90km ? 3-4- doc 3 : Le semi remorque a-t-il commis un excès de vitesse pendant la traversée de l’agglomération ? Si oui pendant quelle durée ? 4-Résultats : Vos prévisions étaient-elles justes ? 1-Prévision: Document1: Vitesse et conduite : les chiffres clés Sur les 3.963 personnes tuées en 2011sur les routes, plus de 1.000 ont perdu la vie dans des accidents générés par une vitesse excessive ou inadaptée. En 2012, les évaluations réalisées sur le lieu de l'accident par les forces de l'ordre révèlent que la vitesse excessive est la cause principale de 26% des accidents mortels. En 2011, 14.622 condamnations ont été prononcées par les tribunaux pour délit de grand excès de vitesse. 28% des conducteurs reconnaissent dépasser les limitations de vitesse quand ils sont sur une route où ils se sentent en confiance ou quand ils sont pressés D’après la Sécurité routière ---------------------------------------------------------- Document2: Document 3 : Radar fixe VS Radar-tronçon Contrairement au radar fixe qui contrôle la vitesse instantanée d'un véhicule, le radar-tronçon, qui ne "flashe" pas, contrôle deux fois les conducteurs, à quelques kilomètres d'intervalle: il calcule ainsi une vitesse moyenne sur cette distance, afin de dissuader les conducteurs de freiner brutalement pour ré-accélérer une fois le radar fixe dépassé. Mais les radar-tronçon sont-ils efficaces ? Prenons un exemple : un radar-tronçon a mesuré une vitesse moyenne de 45,8km/h pendant la traversée d’une agglomération pour le semi-remorque X. Or nous avons en possession l’enregistrement automatique de la vitesse de ce semi-remorque X pendant la traversée de cette même agglomération. ( graphique cicontre ). Bilan Vitesse moyenne D m ou aussi d’autres unités :km V=D : T =V T m/s s km/h h dans 1km, il y a 1000m dans 1h, il y a 60 minutes et 60*60=3600s Activité-2- Développement durable et protection de l’environnement Cassiopée est très inquiète pour la planète et trouve que ses parents ne font pas beaucoup d’efforts pour la protéger en particulier avec leur véhicule. Elle décide de faire des recherches sur internet pour trouver des arguments afin de les convaincre. Elle a trouvé un document sur la Consommation des ressources énergétiques liée aux transports. 1-Question -D’après toi, que peut-on faire pour limiter sa consommation en ressources énergétiques dans les transports ? 2-Recherche documentaire : On étudie le document 3-Exploitation Indique les changements comportementaux qui permettent de réduire la consommation des ressources énergétiques dans les transports 4-Résultats: Ta réponse à la question 1 était-elle correcte ? 5-Conclusion : Donne le meilleur argument qui puisse convaincre les parents de Cassiopée de limiter la consommation des ressources énergétiques dans les transports. -------------------------------------------------------------------------------- DOCUMENT Consommation des ressources énergétiques liée aux transports : - 97 % des consommations des ressources énergétiques du secteur des transports sont assurées par le pétrole. - Les transports utilisaient un tiers de la production mondiale de pétrole en 1973, contre plus de 50 % aujourd'hui. - En France, le transport de marchandises représente près de 70% du trafic routier. - En France, il y a 598 véhicules pour 1000 habitants, en Chine 38, en Inde 16. Réduire la consommation des ressources énergétiques dans les transports Selon l’AIE, d’ici 2050 le nombre de véhicules en circulation dans le monde va tripler, principalement en raison du développement des pays émergents. Dans le même temps le trafic aérien devrait quadrupler. Même si les véhicules actuels sont comparativement moins polluants que les plus anciens, maîtriser la consommation des ressources énergétiques dans le secteur des transports est un enjeu primordial pour limiter les émissions de gaz à effet de serre et être moins dépendant des ressources énergétiques pétrolières. Innovations technologiques et changements comportementaux, il existe heureusement plusieurs solutions pour réduire la consommation des ressources énergétiques dans les transports. Innovations technologiques Développer les véhicules hybrides et électriques Avec plus de 10.000 véhicules électriques en circulation, la France est le leader mondial en la matière. Développer les biocarburants Fabriquées à partir de matière biomasse (bioéthanol obtenu par fermentation des sucres, carburant à base d’huile de cuisson usagée…), les biocarburants peuvent se substituer aux ressources énergétiques pétrolières dans le transport routier et le transport aérien. Réduire le poids des véhicules Plus un véhicule est lourd, plus il consomme de carburant. Or, selon l’Ademe, le poids moyen d’un véhicule a augmenté de 60% entre les années soixante et aujourd’hui. Utiliser l’énergie cinétique des véhicules L’énergie de mouvement perdue lors du freinage peut être transformée en énergie électrique et stockée à l’intérieure de batterie. L’énergie stockée peut être ensuite réutilisée pour la propulsion du véhicule par exemple. Améliorer l’aérodynamisme Il y a quelques jours, la Commission Européenne a proposé d’autoriser les constructeurs de poids lourds à concevoir des cabines de camion aux formes arrondies. Elle propose également que les remorques arrières des poids lourds soient dotées de déflecteurs aérodynamiques. Changements comportementaux Changer de comportement au volant Conduire à une vitesse légèrement inférieure aux limites autorisées permet d’économiser des ressources énergétiques et donc de moins polluer. Par exemple, conduire sur l’autoroute à 120 kilomètres/heure au lieu de 130km/h engendre une réduction de la consommation de carburant de plus de 10% et donc cela permet aussi des économies financières importantes. Privilégier les transports en commun, le covoiturage, le prêt de véhicule et les modes de transports doux En ville, les modes de transports doux comme le vélo permettent souvent, sur les courtes distances, de se déplacer plus rapidement qu’en voiture, sans polluer ni utiliser d’énergie. Le covoiturage est aussi une alternative intéressante pour réduire le nombre de déplacements en véhicule particulier. De plus, cette façon de penser permet d’envisager de véritables économies financières. ------------------------------------- Bilan Les ressources énergétiques (comme le pétrole) sont des systèmes qui stockent quelque chose d’immatériel appelée l’énergie. Les carburants sont des ressources énergétiques qui stockent de l’énergie appelé énergie chimique Quand la voiture se déplace, l’énergie chimique est transformée à l’intérieur du système voiture en énergie de mouvement (la voiture se déplace) et en énergie thermique (le moteur chauffe). L’énergie est quelque chose d’immatériel qui peut être soit stockée à l’intérieur d’un système, soit transformée à l’intérieur de ce système. Activité-3- le pendule dit-il la vérité ? Dans les BD de Tintin, le professeur Tournesol est un adepte des méthodes ésotériques, type radiesthésie : il utilise les oscillations d’un pendule afin de connaitre l’avenir Philémon a lui aussi fabriqué un pendule, avec une ficelle et une bille en métal pour connaître l’avenir : « voilà quand je pose une question, si le pendule continue d’osciller la réponse est oui et s’il s’arrête la réponse est non… » Cassiopée n’est pas convaincue : « c’est nul, ton machin. Les oscillations du pendule durent plus ou moins longtemps suivant qu’on place le pendule dans l’air ou dans l’eau, et même si on le lance de façon identique… Et donc tu as des réponses différentes suivant que ton pendule est dans l’air ou dans l’eau !!! » 1-Protocole : Imagine un protocole pour voir l’influence de ce facteur sur le temps d’arrêt du pendule. Fais les schémas de ces protocoles 2-Expérience : Fais les expériences. 3-Observations : Note tes observations Bilan2 : En physique, on appelle système, un élément délimité dans l’espace et le temps. Il y a une interaction entre 2 système : le système pendule et le système air: état initial le système pendule a de l’énergie état final => le système air a reçue cette énergie Tout système physique contient de l’énergie, un système peut échanger de l’énergie avec un autre système, on dit qu’il y a transfert d’énergie. Il existe différents formes d’énergies l’énergie de mouvement appelée aussi énergie cinétique Ec l’énergie de position Ep l’énergie chimique Ech l’énergie thermique Eth Toutes ces formes d’énergies ont la même unité : le Joule J Activité-4- Chute libre Travail des compétences I3c I2b I1a I3f et I4a Philémon et Cassiopée ne sont pas d’accord : Cassiopée pense qu’une balle qui tombe en chute libre tombe à vitesse constante alors que Philémon pense que sa vitesse augmente en tombant. 1-Prévision: D’après toi, comment varie la vitesse d’une balle lorsqu’elle chute ? 2-Protocole : On lâche la balle et on la filme au cours de sa chute libre 3-Expériences : On fait l’expérience et on exploite le film avec le logiciel Aviméca. 4-Observations : Note tes observations 5-Résultats : Tes prévisions étaient-elles exactes ? 6-Conclusion: 6-1-complète la phrase : Au cours de la chute libre de la balle, plus la balle perd de l’altitude, plus sa vitesse…. 6-2-Que peut-on dire de l’énergie de position et de l’énergie cinétique du système balle, au cours de la chute libre ? Bilan3 Shéma évolution énergie Ex : Montrer une expérience avec eau et moulin Etat initial Etat final On étudie un seul système, le système « goutte d’eau » il y a transformation d’énergie lorsque la goutte tombe Une partie de l’énergie de position s’est transformée en énergie cinétique à l’intérieur du système « goutte », La goutte d’eau a de l’énergie de position Ep Ep Ep Ep Ep Ep Ep goutte Plus la goutte tombe vers, plus sa vitesse augmente Ep Ep Ep Ec Ec Ec Ec goutte Conservation de l’énergie : Un principe fondamental de la science est que l’énergie est conservée Le principe de conservation de l’énergie dans le cas de la Transformation d’énergie A l’intérieur d’un système, l’énergie se conserve: elle peut se transformer mais il y a toujours la même quantité d’énergie. On appelle énergie mécanique Em d’un système , la somme de l’énergie cinétique Ec et de l’énergie de position Ep de ce système : Em=Ec+Ep Le principe de conservation fait que lors des chutes libres l’énergie mécanique d’un système se conserve. Activité 5- Crashs test Travail des compétences I3c I1b I2k I3f et I4a Philémon et Cassiopée discutent en regardant dans une revue les images de voiture Philémon : « Ben tu vois, j’adore cette voiture ! » Cassiopée : « Oui, mais je pense que la petite voiture de mes parents est beaucoup moins dangereuse lors d’accidents » 1-Prévision: 1-1-D’après toi, Comment les constructeurs étudient la dangerosité d’une voiture lors des accidents 1-2-D’après toi, qu’est ce qu’on peut modifier sur une voiture pour la rendre moins dangereuse lors d’accidents ? 1-3-D’après toi, pourquoi dit-on que la vitesse aggrave les accidents ? 2-Recherche documentaire : 2-On étudie les différents documents 3-Exploitation 3-1-Quelles solutions sont utilisées pour rendre les véhicules moins dangereux lors des chocs ? 3-2-On fait l’étude énergétique du crash test d’un véhicule 3-2-1-Combien de systèmes interviennent dans cette situation ? 3-2-2-diagramme énergétique : représente le diagramme énergétique. A l’état initial, la voiture roule à vitesse constante A l’état final, la voiture et l’obstacle sont déformés et l’environnement s’échauffe. On appellera énergie de « déformation » Ed, l’énergie qui permet de déformer un système Etat initial Voiture obstacle Etat final Voiture obstacle 3-1-3- Quelle est l’influence de la masse des véhicules sur leurs déformations lors de crashs test ? 3-1-4- Quelle est l’influence de la vitesse des véhicules sur leurs déformations lors de crashs test ? 4-Résultats : Tes prévisions étaient elles justes ? 5-Conclusion De quels paramètres dépend l’énergie cinétique d’un véhicule ? ----------------- Document 1: texte “ les crashs tests” Les crashs tests permettent d’améliorer les nombreux systèmes de protection équipant les véhicules récents. Lors de ces tests, un véhicule est lancé toujours à une certaine vitesse contre un obstacle. Au moment de l’impact, le véhicule s’arrête brutalement: sa vitesse, et donc son énergie cinétique, s’annulent quasi instantanément. Le véhicule subit alors d’importantes déformations mesurées avec précision. C’est grâce aux résultats du crash-test que les ingénieurs parviennent à trouver un compromis entre un habitacle trop rigide qui engendre des chocs très violents voire mortels pour les passagers et une structure trop déformable qui risque d’écraser les passagers . Document 2: Vidéo “des chocs pleins d’énergie” Document 3: Vidéo “influence de la masse des véhicules sur les crachs test” Document 3: Photos “influence de la vitesse des véhicules sur les crashs test » Voici des photos prises lors de 3 crashs test de véhicules identiques mais avec des vitesses différentes Choc à 25km/h Choc à 50km/h Choc à 75km/h ------------------------------------ Bilan L’énergie cinétique d’un système en mouvement dépend de la masse et de la vitesse du système Plus la masse et la vitesse du système sont grandes, plus l’énergie cinétique du système est grande. L’énergie cinétique d’un système se déplaçant à la vitesse v et possédant une masse m se détermine par la relation : Ec= ½ m v² Lors d'un choc le véhicule rentre en contact avec un obstacle. L'énergie cinétique du véhicule est alors transférée aux matériaux du véhicule lui même ou à ceux de l'obstacle en provoquant des déformations Activité6 LES COLLISONS SONT A EVITER Cassiopée dans un livre de sécurité routière a pu lire : « Pour rester maître de son véhicule comme l’exige le code de la route, il est nécessaire de savoir évaluer la distance d’arrêt nécessaire pour stopper son véhicule dans une situation d’urgence. » Elle se demande de quoi dépend de la distance d’arrêt d’un véhicule. 1-Prévision: D’après vous, de quoi dépend la distance d’arrêt d’un véhicule ? 2-Recherche documentaire : On étudie le document 3-Exploitation 1-la météo a-t-elle une influence sur le temps de réaction ? 2-Détermine par le calcul la distance(DTR) parcourue pendant un temps de réaction d’1s par un scooter roulant à 45km/h ? 2-Trace le graphique représentant la distance de freinage en fonction de la vitesse pour une Mégane Renault (Échelle : en abscisse 1carreau→10km/h et en ordonnée 1carreau→5m) 3-A l’aide de ton graphique, Peut on dire que la distance de freinage et la vitesse sont des grandeurs proportionnelles ? Explique 4-Résultats : Tes prévisions étaient elles justes ? ------------------------------------------Document: l’arret d’urgence Le freinage automobile La meilleure technologie que l’on ait trouvée jusqu’à présent pour le freinage automobile reste le frein à disque. Ce système est constitué d’un disque, solidaire de la roue, pincé par une « mâchoire », les frottements ralentissent la rotation du disque. Lors du freinage, l’énergie cinétique est transformée en énergie thermique. Améliorer le temps de freinage : Le temps de freinage est la durée entre le moment où les freins commencent à réagir et celui où le véhicule est immobile. Cette durée dépend du véhicule, elle augmente avec la vitesse, avec l’humidité de la route, le mauvais état des freins, des amortisseurs et des pneus. Dans le tableau ci-dessous, on a relevé la distance de freinage (longueur des traces noires au sol) pour différents vitesses d’une Renault Mégane Vitesses en km/h 0 20 40 60 80 100 120 Distances en m 0 1,5 6 13,5 24 37,5 54 Attention, afin de limiter la distance d’arrêt dans une situation d’urgence, il ya 2 facteurs principaux sur lesquels il est simple d’agir, en premier le véhicule, nous l’avons vu mais aussi, et surtout, le conducteur. Le temps de perception/ réaction : Le temps de réaction est la durée entre le moment où le conducteur voit l’obstacle et celui où le conducteur appuie sur les freins. Il est en moyenne de 1à 2 s pour un adulte. Pour un conducteur fatigué ou distrait (usage du téléphone…) ou encore sous l’effet de l’alcool ou de médicaments, cette durée augmente considérablement. La distance d’arrêt (DA): La distance d’arrêt est la somme de la distance parcourue pendant le temps de réaction (D TR) et de la distance parcourue pendant le temps de freinage (DF). DTR DF On est arrêté On voit On freine DA Bilan Ex Lorsque le conducteur freine en vue de s’arrêter, l’énergie cinétique du véhicule est transformée en énergie thermique au niveau des freins et rejetée dans l’environnement : Il y a transfert d’énergie de la voiture vers l’environnement On étudie 2 systemes : Système « voiture » et « environnement » Etat initial Etat final -La voiture a de l’énergie cinétique - l’environnement a de l’énergie thermique Le principe de conservation de l’énergie dans le cas du transfert d’énergie L’énergie peut être échangée entre systèmes : on dit qu’il y a transfert d’énergie entre ces systèmes. La quantité d’énergie perdue par un réservoir est égale à la quantité d’énergie acquise par l’autre réservoir Lors d'un freinage efficace l'énergie cinétique d'un véhicule est convertie en énergie thermique et transférée à l’environnement. La distance de freinage Df depend de l'énergie cinétique du véhicule et varie comme cette dernière: Df n’est pas proportionnelle à la vitesse, par contre la distance parcourue pendant le temps de réaction DTR est proportionnel à la vitesse. La distance d’arrêt (DA): La distance d’arrêt est la somme de la distance parcourue pendant le temps de réaction (DTR) et de la distance parcourue pendant le temps de freinage (DF).
