Initiation scientifique Classe : 2e Générale ATHÉNÉE ROYAL VICTOR HORTA SCIENCES : CONTRAT DIDACTIQUE.................................................................. Erreur ! Signet non défini. Chapitre 7 : Pas d’action sans interaction ............................................................................................... 6 1 Interaction ....................................................................................................................................... 6 1.1 Notion d’action ........................................................................................................................ 6 1.2 La force .................................................................................................................................... 7 1.2.1 Définition ......................................................................................................................... 7 1.2.2 Instrument de mesure ..................................................................................................... 8 2 Modélisation d’une force ................................................................................................................ 8 2.1 Caractéristiques d’une force ................................................................................................... 8 2.2 Représentation d’une force..................................................................................................... 9 3 Interaction de force ....................................................................................................................... 12 3.1 Actions réciproques ............................................................................................................... 12 3.2 Types d’interaction ................................................................................................................ 14 3.2.1 Force de contact ou de distance ?................................................................................. 14 4 Synthèse (les forces)...................................................................................................................... 17 5 Poids et masse ............................................................................................................................... 18 5.1 Poids ...................................................................................................................................... 18 5.2 Masse .................................................................................................................................... 21 5.3 Relation entre poids et masse ............................................................................................... 22 5.4 Le poids varie ......................................................................................................................... 22 5.5 Synthèse ................................................................................................................................ 24 5.6 Exercices ................................................................................................................................ 24 Chapitre 8 :Tous sous pression.............................................................................................................. 26 1 De la force à la force pressante ..................................................................................................... 26 2 De la force pressante à la pression................................................................................................ 27 3 La pression ..................................................................................................................................... 29 3.1 Exercices ................................................................................................................................ 29 4 La pression dans les fluides ........................................................................................................... 31 4.1 Pression dans les liquides ...................................................................................................... 31 4.2 Pression dans les gaz ............................................................................................................. 32 4.2.1 La pression et la vitesse moléculaire ............................................................................. 33 4.2.2 La pression et volume.................................................................................................... 35 4.2.3 La pression et quantité de molécule ............................................................................. 36 5 Pression atmosphérique................................................................................................................ 36 Chapitre 9 :Ne ventilez plus, respirez !.................................................................................................. 45 1 Introduction ................................................................................................................................... 45 2 Système « respiratoire » ............................................................................................................... 46 2.1 Respiration pulmonaire ......................................................................................................... 46 2.1.1 Les constituants de l’air ................................................................................................. 46 2.1.2 Schéma du système respiratoire ................................................................................... 47 2.1.3 Le trajet de l’air inspiré et expiré .................................................................................. 47 2.1.4 Le mécanisme de la ventilation pulmonaire ................................................................. 50 2.1.5 Mais où se produit l’échange gazeux ? ......................................................................... 52 2.2 Respiration cutanée .............................................................................................................. 52 2.3 Respiration trachéenne ......................................................................................................... 54 2.4 Respiration branchiale........................................................................................................... 54 3 Système digestif ............................................................................................................................ 57 4 Système excréteur ......................................................................................................................... 59 4.1 Les reins. ................................................................................................................................ 59 4.2 Les poumons.......................................................................................................................... 61 2 4.3 La peau. ................................................................................................................................. 61 Système circulatoire ...................................................................................................................... 63 5.1 le rôle ..................................................................................................................................... 63 5.2 le cœur................................................................................................................................... 63 5.3 le trajet du sang ..................................................................................................................... 63 6 Synthèse générale ......................................................................................................................... 65 5 Chapitre 10 : Eclairons notre lanterne .................................................................................................. 66 1 Energie ........................................................................................................................................... 66 1.1 Observation d’un montage et modélisation ......................................................................... 66 1.2 Source d’énergie et forme d’énergie .................................................................................... 67 1.3 Dégradation d’énergie........................................................................................................... 67 1.4 Energie électrique ................................................................................................................. 68 1.4.1 Les centrales électriques ............................................................................................... 68 2 Les êtres vivants ............................................................................................................................ 74 2.1 Réseau trophique et forme d’énergie ................................................................................... 74 2.2 L’organisme une chaine énergétique .................................................................................... 75 2.3 Comparaison humain / voiture ............................................................................................. 76 Chapitre 11 : 1 + 1 donne … un autre !.................................................................................................. 77 1 Comportement reproducteur ....................................................................................................... 77 2 « stratégies » de reproduction ...................................................................................................... 78 3 Organes reproducteurs ................................................................................................................. 79 4 Fécondation ................................................................................................................................... 79 5 les caractéristiques du mode de reproduction des vertébrés ...................................................... 80 5.1 Ovipare ou vivipare ?............................................................................................................. 80 5.2 Fécondation interne ou externe ? ......................................................................................... 82 5.3 Être vivant avec couvaison ou sans couvaison ...................................................................... 84 5.4 Développement direct ou indirect ........................................................................................ 85 6 Reproduction humaine .................................................................................................................. 90 6.1 la puberté .............................................................................................................................. 90 6.2 Appareil génital ..................................................................................................................... 91 6.3 Mécanisme de la reproduction humaine .............................................................................. 92 6.4 Maladies et préventions ........................................................................................................ 92 7 Classification phylogénétique des vertébrés................................................................................. 93 7.1 Introduction ........................................................................................................................... 93 7.2 Classification phylogénétique ............................................................................................... 93 3 SCIENCES : CONTRAT DIDACTIQUE ÉLÈVES ATTITUDES : règles à respecter Avant de rentrer en classe : 1. Venir à l’heure. (Quart d’heure académique toléré avec un mot de retard sinon vous devez aller à l’étude). 2. Quand vous me voyez, rangez-vous 2 par 2 dans la cour ou le préau, et avant de rentrer en classe. En rentrant en classe : 1. Remplir les bancs de devant de façon ordonnée (en fonction des classes et des locaux 2 voir 3 par bancs maximums). 2. Enlever vos vestes et vos écharpes. 3. Mettez-vous debout derrière la chaise et attendez que je vous donne la permission de vous asseoir. En début de leçon : 1. Prendre son journal de classe et écrire la leçon du jour, au bon jour et à la bonne heure afin que je puisse signer rapidement ; sortez vos travaux éventuels. Pendant la leçon : 1. Avoir son matériel scolaire. (journal de classe, cours, de quoi écrire, une farde, latte, etc.) 2. Sortir automatiquement votre cours, ne soyez pas passif. 3. Participer en classe et ne pas s’endormir même si vous êtes fatigués. 4. Ne pas sortir un autre cours ou faire un devoir durant la leçon. 5. Si vous voulez prendre la parole, levez votre doigt et attendez que je vous autorise à parler. 6. Respecter les consignes données. 7. Ne pas ranger ses affaires avant qu’il ne sonne. 8. Si tu es absent, mets-toi en ordre dès ton retour en t’aidant avec le cours d’un autre élève qui est en ordre. 9. Ne pas écrire sur les bancs. 10. Ne pas jeter d’objet en classe, quel qu’il soit. 11. Ne pas se balancer avec sa chaise. 12. Ne pas se retourner dans la classe. 4 13. Ne pas se lever sans permission. Sauf, lorsqu’une personne du corps enseignant (la direction, éducateurs, etc.) entre dans la classe. 14. Respecter vos camarades de classe. 15. Ne pas menacer ni se battre envers ses camarades de classe. 16. Ne pas faire de bruitage ou bavarder en classe. 17. Ne pas insulter. 18. Ne pas manger, ni mâcher, ni boire exceptée de l’eau. 19. Ne pas voler. (téléphone, argent, etc.) 20. Ne pas mentir. 21. Ne pas utiliser son téléphone. ENSEIGNANT Ce que vous pouvez attendre de moi : 1. Chaque élève commence avec une côte maximum de participation (20/20), pour chaque fait, celui-ci se verra retirer des points sur cette côte en rapport avec son acte. 2. Récompenser les élèves qui travaillent bien. 3. Faire des expériences. 4. Faire des exposés et des travaux de groupes. 5. Faire une sortie durant l’année si le comportement du groupe classe est excellent. 6. Faire mon maximum pour que vous réussissiez vos C.E.B. ou le C.E.1.D. (pour les élèves concernés). 7. Je ferais de mon mieux pour que mes explications soient claires. 8. Je vérifierai vos journaux de classe. 9. Pas d’évaluation surprise. 10. Si vous avez un problème, vous pouvez venir m’en parler à la fin du cours. 11. Anticiper et aller vers l’élève s’il va mal. 5 Chapitre 7 : Pas d’action sans interaction 1 Interaction 1.1 Notion d’action • Activité : Complète ce tableau. Elément qui agit Action Conséquence (effet) Le pêcheur (1) tire La canne plie Le vent (2, 3) fait plier, emporte Les arbres se courbent, le chapeau s'envole La truite (4) tire Le fil se tend, la canne se courbe L’eau (5) coule L'eau emporte la branche Le poisson (6) saute Le poisson remonte le courant Fais un « trier – classer » des actions selon l’effet de l’action 6 1, 2, 3, 4, 5, 6 Critère : …………effet de l’action………..… Caractéristique : ……………déplacement……..…… OUI NON ………3.5.6…………. Actions produisant un déplacement ……1.2.4…………… Actions produisant une déformation. Tout corps matériel, vivant ou non est appelé objet. Si un objet A soulève, pousse, tire, retient, supporte … un objet B, on dit que l’objet A agit sur l’objet B. Exemples : La truite agit sur le fil ; le vent agit sur le chapeau, sur les arbres … Il n’y a jamais d’action isolée. Les objets A et B agissent réciproquement l’un sur l’autre : ces objets sont en ……INTERACTION…… . 1.2 La force 1.2.1 Définition Si on veut quantifier l’action, les physiciens font appel à une grandeur physique qui se caractérise par sa valeur ; Cette grandeur mesurable, nous l’appellerons …force…………. Supprime la proposition qui ne convient pas : - Tu vois les forces - Tu ne vois pas les forces, mais tu perçois leurs effets Quels sont ses effets ? (reprenons le trie précédent) Force produisant … Un déplacement Une déformation Effet de la force Dynamique Statique Je retiens La force est la grandeur qui caractérise toute cause capable de déformer un objet et de modifier sa vitesse ou sa trajectoire. Son effet peut être dynamique ou statique. 7 1.2.2 Instrument de mesure • Instrument de mesure de la force : le dynamomètre • Principe de fonctionnement : • Unité de la force : le newton • Symbole de l’unité de la force : N il est basé sur l’allongement d’un ressort parfaitement élastique. 2 Modélisation d’une force 2.1 Caractéristiques d’une force Imagines que tu vas transporter un bon gâteau à la crème fraîche, que ton pâtissier a, bien entendu, emballé soigneusement. L’effet sera-t-il le même si tu le soulèves en A ou en B ? Non, en A, le gâteau est en équilibre ; en B, il se renverse. Tu viens de découvrir la première caractéristique d’une force : son point d’application. Découvrons les autres caractéristiques … Lors d’un concours de tir à l’arc, deux participants s’affrontent. Le premier place sa flèche au centre de la cible tandis que le second envoie sa flèche à côté de la cible. L’effet est-il le même ? Qu’est-ce qui a varié ? Non, la direction. Nous avons vu que nous pouvons comprimer un ressort ou l’étirer. Qu’est-ce qui varie dans la force exercée ? Le sens 8 Soulever un ballon de football ou une boule de bowling n’exige pas le même effort. Qu’est-ce qui varie dans la force exercée ? L’intensité de la force exercée. Les différentes caractéristiques d’une force sont : Point d’application Direction FORCE Caractéristiques Sens Possibilités Intensité Sens Direction Point intensité d’application Haut Bas Gauche Droite Horizontale Verticale Oblique Se trouve sur le corps qui subit la force Grandeur de la force s’exprime en newton 2.2 Représentation d’une force Pour représenter une force, nous devons donc tenir compte de ses 4 caractéristiques. Heureusement, le cours de mathématique va nous venir en aide. Une force est représentée par un segment de droite orienté appelé vecteur et symbolisée par . La droite indique la direction de la force. La flèche indique le sens de la force. Le point A est le point d’application de la force. La longueur du vecteur indique l’intensité de la force . 9 Il est donc nécessaire d’utiliser une échelle. Dans l’exemple, l’intensité de la force est : F = 6N. Exercices : a) Représente sur chaque photo, la (les) force(s) exercée(s) par le(s) individu(s), en choisissant une échelle adaptée à chaque cas. (1) F = 60 N (4) (2) 1cm = 20N F = 120 N 1cm = 40N F = 90 N 1cm = 30N 5) (3) F = 900 N 1cm = 300N F = 150 N b) Pour chacun des cas de l’exercice précédent, détermine leurs caractéristiques. Sens 1 Direction Verticale Point d’application Le haut de la bouteille Intensité 60 N Verticale Le sol 90N Verticale Le dos de l’animal 900 N Horizontale Le ballon 120N Horizontale La poignée de gauche 150N Horizontale La poignée de droite 150N Du haut vers le bas 2 Du haut vers le bas 3 Du haut vers le bas 4 De gauche à droite 5 -De droite à gauche -De gauche à droite 10 c) Repère les situations où … 1ER CAS : considérons des forces de même direction et de même sens s’exerçant simultanément sur un même objet. SITUATIONS N° 2, 3 et 5 2EME CAS : considérons des forces de même direction et de sens contraires s’exerçant simultanément sur un même objet. SITUATIONS N° 4 et 1 1/ Promener son chien 2/Charrue 3/ Voiture en panne 4/ traineau nordique 5/ traineau nordique 11 3 Interaction de force 3.1 Actions réciproques Un enfant s’appuie sur un mur. Il exerce une force. a) Quelle est l’origine de cette force ? L’enfant Quelle est la cible ? Le mur Quelle est la direction ? Horizontale Quel est le sens ? Vers la droite Représente et nomme la force exercée par cet enfant (F = 10 N) sur la photo. Le même enfant se trouve sur une planche à roulette. Que se passe-t-il à l’instant où il pousse sur le mur ? Il se met en mouvement : il s’écarte du mur. Quelle est la cause du mouvement ? Une force Quelle est la source de cette force ? Le mur Quelle est la cible ? L’enfant Quelle est la direction ? Horizontale Quel est le sens ? Vers la gauche Représente et nomme cette force sur la photo. 12 Cette seconde force, qui s’exerce sur l’enfant, a la même intensité que la force exercée par l’enfant sur le mur, la même direction mais le sens opposé. Ces deux forces, appelées action et réaction apparaissent simultanément ; elles n’ont pas le même point d’application. Ces observations nous permettent d’énoncer le principe des actions réciproques ou principe d’action et réaction : Principe des actions réciproques : Si un corps 1 exerce une force sur un corps 2, alors le corps 2 exerce simultanément sur le corps 1 une force de même intensité et de même direction mais de sens contraire. Représente, sur les photos suivantes, les forces d’action et de réaction : Fusée Nageur qui démarre Plongeur 13 3.2 Types d’interaction 3.2.1 Force de contact ou de distance ? Fais un « trier – classer » des actions selon leur types a) b) c) d) e) f) g) h) i) j) Le doigt qui agit sur la bille Le sac qui appuie sur la planche de la table L’aimant suspendu qui tourne autour de la ficelle Le skateboard qui frotte sur le sol Le filet d’eau dévié par le peigne Le chien qui tire sur la laisse Les pommes qui tombent du panier de Twiggy Le vent qui prend appui sur le cerf-volant Twiggy qui déchire le mouchoir La Terre qui tire sur le sac placé sur la planche 1,2,3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16 Critère : types d’interactions Caractéristique :………… les objets se touchent ……………….. Oui Non 1, 2, 3, 4, 5, 7, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 6, 8, 16 Interactions où les objets se touchent Interactions où les objets ne se touchent pas Nous distinguons 2 types d’interactions : 1° les interactions où les objets sont en contact les uns avec les autres, ce sont les interactions par contact, 2° les interactions où les objets ne se touchent pas, ce sont les interactions à distance comme les interactions électriques, magnétiques, de pesanteur 14 Exercices récapitulatifs Le maître essaie de retenir son chien. Observe le dessin et précise les différentes caractéristiques de la force exercée par la dame sur le collier du chien. 1. Le point d’application :………………………………… …………………………… 2. La direction : ……………………………………………………… …………………………………………………….. 3. Le sens : ……………………………………………………… ……………………………………………………… 4. L’intensité : ……………………………………………………… ……………………………………………………… a) Donne les caractéristiques de cette force. O 1N 1. Le point d’application :…………………… ………………………………………… 2. La direction : ………………………………………… 3. Le sens : ………………………………………… 4. L’intensité : ……………………………………… b) Dessine une force dont le point d’application est O, la direction est oblique, le sens est vers la gauche et vers le bas et l’intensité est représentée par un segment de 6 N (1cm représente 1N). 15 c) Donne les caractéristiques de cette force : (1 cm représente 3 N) Y 1. Le point d’application :…………………… ………………………………………… 2. La direction : ………………………………………… 3. Le sens : ………………………………………… 4. L’intensité : ……………………………………… d) Représenter les forces suivantes (1N est représenté par 1,5 cm) Forces F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 Points d’applications A Z E R T Y U Directions H H V V H V v Sens Intensité G D B H D H B 3N 2N 6N 5N 4N 1N 2N 16 4 Synthèse (les forces) Les forces La force peut produire : Un déplacement Une déformation Effet de la force Dynamique Statique Caractéristiques d’une force Représentation et nomination d’une force Sens , direction, point d’application, intensité Par un vecteur Dynamomètre Instrument et unité de Mesure Principe lié aux forces Interaction de force (les types) Unité de mesure : Newton (N) Action réciproque Par contact ou à distance 17 5 Poids et masse 5.1 Poids Mets un écrou dans ta main. Que ressens-tu ? Le poids de l’écrou Conclusion : l’écrou a un poids Observe l’image. Qu’observes-tu ? Une flèche tirée vers le haut et qui redescend Conclusion : un objet lancé vers le haut redescend LE POIDS Je retiens Le poids d'un objet sur Terre est la force exercée par la Terre sur l'objet. On peut aussi l'appeler « force de pesanteur ». Sa direction est verticale Son sens est orienté vers le centre de la Terre Son intensité que l’on nommera G s’exprime en newton. 18 Prends maintenant une clé. Elle aussi est attirée par la Terre. Elle a un certain poids. Quel instrument de mesure doit-on utiliser pour connaître le poids de nos 2 objets ? …………………………………………………………………………………………………………… Observations : Je suspends 2 écrous au dynamomètre. Les deux écrous, identiques, ont le même poids. Ensemble, ils ont un poids deux fois plus grand .Trois, quatre, cinq écrous ont, ensemble, un poids trois, quatre, cinq fois plus grand Conclusion : Le poids d'un ensemble d'objets identiques est égal au nombre d'objets. J'observe : Situation 1 Situation 2 120 kg Eglantine : 120 kg 120 kg Eglantine : 120 kg 19 Situation 3 Situation 4 Eglantine : 1 200 N Eglantine : 200 N Observations : • ………………sur la terre ou sur la lune la masse ne change pas ……………………………………………………………………………… • ………………mon poids est différent sur la terre et sur la lune ………………………………………………………………………………………………… Synthèse : le poids est la force d'attraction exercée par l'astre sur lequel se trouve l'objet. Cette force est 6 fois plus petite sur la Lune que sur la Terre. Comme toute force, le poids se mesure à l'aide d'un dynamomètre qui n'est rien d'autre qu'un ressort à spires muni d'une échelle linéaire. 20 5.2 Masse Nous venons de voir que le poids dépend non seulement de l'objet, mais aussi de l'astre sur lequel il se trouve. Puisqu'il n'est pas partout le même, le poids ne peut être caractéristique de l'objet. Il y a environ 200 ans, un objet courant a été choisi comme référence : un litre d'eau pure à 4°C. Cela définit l'unité de masse : le kilogramme. Cette référence a été remplacée depuis par une autre : un cylindre d'un alliage de platine et d'iridium de 39 mm de diamètre sur 39 mm de haut. Si ce cylindre est transporté sur la Lune (ou n'importe où dans l'Univers), son poids varie, mais, par définition, sa masse reste égale à 1 kg. Prenons un sac contenant 1 kg d'eau. Suspendons-le à un ressort. Il s'allonge. Prenons maintenant un sac contenant 1 kg d’écrous. Suspendons-le au même ressort. Si le ressort s'allonge de la même manière qu'avec le kg d'eau, c'est que les deux sacs ont le même poids. Mais en plus, nous dirons que, par définition, le sac d'écrous a la même masse que le sac d'eau : 1 kg. Conclusion : Deux objets qui ont le même poids (au même endroit) ont une même masse. Si je veux connaître la masse d’une pomme, quel instrument de mesure vais-je devoir utiliser ? une balance Observe le schéma : Observation : Quand la balance est en équilibre, c'est que les masses des charges des deux plateaux sont ………égaux………. Conclusion : Pour que les plateaux soient en équilibre, il suffit de mettre d'un côté des masses connues. Pour cela, on utilise des « masses marquées ». Un avantage de cette balance est de comparer les masses en une seule opération. LA MASSE Je retiens la masse d'un objet est égal partout, elle ne dépend que de l'objet. Elle est liée à la quantité de matière, c'est une des caractéristiques de l'objet. Elle s'exprime en kg. Deux objets qui ont le même poids à un endroit ont la même masse. On peut connaître sa valeur en comparant, à l'aide d'une balance 21 5.3 Relation entre poids et masse Plus haut dans le cours, nous avons vu que l’intensité du poids s’appelait force de pesanteur (G). En effet il existe une relation entre le poids et la masse d’un objet : Poids = masse . g 5.4 Le poids varie a) Selon l’astre sur lequel on se trouve La masse s'exprime en kilogramme . Nous avons vu que le dynamomètre sont gradués en newton. Qu'est-ce qu'un newton ? Prenons un dynamomètre gradué jusqu'à 10 N. Suspendons-y une masse marquée de 1 kg. Observation : Notre dynamomètre indique 10N Conclusion : Le poids, sur la Terre, d'un objet de 1 kg vaut +/- 10 N. Si l'expérience était refaite sur la Lune, le dynamomètre indiquerait des poids d'environ 1,7 N C'est ce que montre le graphique suivant. Observation : le poids d’une même masse sera plus petit sur la Lune que sur la Terre. Je retiens Le poids varie en fonction de l’astre sur lequel on se trouve. 22 b) Selon l’altitude à laquelle on se trouve Au niveau de la mer Au sommet du Mont Blanc Eglantine Eglantine 1 177,1 N 1 176,6 N Observation : le poids d’Eglantine est plus grand au niveau de la mer que sur le sommet du Mont Blanc Observe le graphique suivant : Variation du poids d'Eglantine en fonction de l'altitude 1400 Observation : Le poids d’Eglantine varie avec Poids (N) altitude 1200 1000 800 600 400 200 0 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 Altitude (km) Conclusion : Si l’altitude augmente, le poids d’Eglantine diminue car elle plus éloignée du centre de la Terre. Je retiens Le poids varie en fonction de l’altitude à laquelle on se trouve. 23 5.5 Synthèse Poids Masse Définition Le poids est l’intensité de la force de …pesanteur.... qui s’exerce sur un corps. La masse est la ….quantité de matière… d’un corps. Varie en fonction … -De l’astre sur lequel on se trouve. -De l’altitude sur laquelle on se trouve. La masse ne varie pas suivant le lieu où se trouve le corps. Instruments de mesure Le dynamomètre. La balance Unité de mesure Newton (N) kilogramme (kg) Symbole Symbole : P Symbole : m 5.6 Exercices 1. Je vais chez l'épicier acheter « un kilo d'oranges ». a) Quelle est la masse d'orange que je rapporte à la maison ? b) Quelle est la valeur du poids de ces oranges ? 2. Quelle est la masse d'un corps qui a un poids de 320 N sur le sol lunaire ? g = 1,7 N/kg sur la Lune 3. Comme je suis souvent dans la Lune (il faut dire que tout y est bien plus léger!), j'ai décidé d'aller y faire mes courses. Je vais chez l'épicier du coin acheter « un kilo d'oranges ». Cet épicier utilise une balance à 2 plateaux. g = 1,7 N/kg sur la Lune 24 a) Quelle est la masse d'orange que je reçois ? b) Quelle est la valeur du poids des oranges que me donne l'épicier lunaire ? c) Je rentre à la maison, sur Terre. Quelle est la masse d'orange que je rapporte? d) Quel est le poids de ces oranges sur Terre? 4. Compléter le tableau suivant : Astre g (N/kg) Terre 10 Lune 1,7 masse (kg) poids (N) 800 500 Mars 100 372 Vénus 0,4 3,44 5. Calcule ton poids et ta masse : Terre Lune Poids Masse 25 Chapitre 8 :Tous sous pression 1 De la force à la force pressante Expérience Posons une brique sur de la mousse. Observation : Nous observons que la brique s’enfonce dans la mousse. Schéma : Explication du phénomène : Le poids G de la brique se répartit sur toute la surface de contact de la brique avec la mousse. On dit que la brique exerce une force pressante sur la mousse et qu’il en résulte une pression. Conclusion : Une force pressante est une force qui produit une pression sur une surface. 26 2 De la force pressante à la pression Expérience 1 Poursuivons l’expérience précédente où une brique est déposée sur de la mousse. Déposons de la même manière une seconde brique identique sur la première. Notons les caractéristiques de la brique : Observation : Nous observons que lorsque l’on met une brique sur de la mousse, celle-ci s’enfonce dans la mousse et lorsque l’on ajoute une brique sur celle-ci, elles s’enfoncent plus profondément dans la mousse. Schéma : Explication du phénomène : Lorsque l’on double la masse, la force de la brique double. La mousse est plus comprimée dans le deuxième cas car la force est doublée, il est donc normal que l’ensemble des deux briques s’enfonce plus profondément. Conclusion : La pression est directement proportionnelle à la force pressante. 27 Expérience 2 Déposons maintenant 2 briques identiques de la façon suivante : - la première sur sa plus petite surface - la deuxième sur sa plus grande surface Observation : La brique placée à la verticale s’enfonce plus que celle à l’horizontale. Schémas : Explication du phénomène : Le poids des briques est le même pour chacune d’elles (donc, la force pressante est la même), mais c’est la surface pressée sur laquelle chaque brique est posée qui est différente. Il semble donc que la pression dépende de la surface pressée. Plus la surface est petite, plus grand est l’enfoncement et plus grande est la pression. Conclusion : La pression est inversement proportionnelle à la surface pressée. 28 3 La pression • La pression est le rapport entre la force pressante par la surface pressée. • La force pressante agit perpendiculairement sur la surface pressée. P = F/S Unité : • force pressante : en newton (N) la surface pressée : en mètre carré (m²) La pression : en N/m² ou en pascal (Pa) Pour réduire la pression, il faut réduire la force pressante. Pour augmenter la pression il faut augmenter la force pressante. Elles sont PROPORTIONNELLES. Si P • alors F et si P alors F Pour réduire la pression, on augmente la surface pressée. Pour augmenter la pression on réduit la surface pressée. Elles sont INVERSEMMENT PROPORTIONNELLES. Si P alors S et si P alors S 3.1 Exercices a) Enfoncement 4 mm Enfoncement 7 mm Enfoncement 2 mm Que faut-il faire pour qu’un corps solide s’enfonce le moins possible ? Il faut augmenter la surface pressée pour diminuer la pression. 29 b) A l’aide du document ci-dessous, complète le tableau en cochant l’effet recherché : Réduire la pression Chenille de char Augmenter la pression X Chat X Sagaie X Raquette X Chameau X Canard X Serre Eléphant X X Clou X Epine X c) Une cabane a une masse de 9 000 000 g et réparti sur une superficie de 50 m². Quelle est la pression moyenne supportée par le sol ? d) Calculer la pression exercée par un homme de 960 N lorsqu’il repose : a) sur ses pieds (surface d’une semelle de chaussure = 1,2 dm²) b) sur des skis (surface d’un ski = 16 dm²) 30 4 La pression dans les fluides 4.1 Pression dans les liquides Mise en situation : La base des barrages est plus épaisse que son sommet, sans cet épaississement croissant de haut en bas, le barrage cèderait, mais pourquoi ? Hypothèse :…………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………. Expérience : • Matériels : une bouteille percée de 3 trous • Mode opératoire : - Remplir la bouteille d’eau - Laisser l’eau s’échapper par les trous - Observer • Schéma annoté de l’expérience : Observation : le jet d’eau sort plus fort dans le trou du bas que du haut. Conclusion : il y a une plus forte pression au fond de la bouteille. Il se passe le même phénomène dans les barrages. Cette pression est appelée pression hydrostatique. 31 4.2 Pression dans les gaz Exemple : un ballon de baudruche bien gonflé ! Interprétation de schéma : Les molécules d’air à l’intérieur du ballon émettent une force sur la surface du ballon. La force pressante est la somme des forces (résultante) qui est caractérisé par : - Direction : perpendiculaire à la surface pressée. - Un sens - Une longueur proportionnelle à la valeur des résultantes des forces La variation de pression est due au choc des molécules de gaz sur la surface pressée. Mais alors comment pourrait-on faire varier la pression d’un gaz ? En ajoutant des molécules – en diminuant le volume – en augmentant la vitesse des molécules. 32 4.2.1 La pression et la vitesse moléculaire Expérience : pourquoi la bouteille s’écrase-t-elle ? • Matériels : -Une bouteille en plastique trouée • Mode opératoire : - Remplir d’eau chaude une bouteille en matière plastique - Vider la bouteille après une minute environ et boucher celle-ci immédiatement. - Verser de l’eau froide sur la bouteille. • Observation : sous l’effet de la chaleur la bouteille s’écrase. • Schéma annoté de l’expérience : Compléter le schéma à l’extérieur et à l’intérieur à l’aide du modèle moléculaire. Au début de l’expérience A la fin de l’expérience Hypothèse : …………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………… 33 • Interprétation on chauffe (rajout d’énergie thermique) modèle moléculaire d’un gaz (récipient fermé) à température ambiante modèle moléculaire d’un gaz (récipient fermé) à haute température On libère les molécules modèle moléculaire d’un gaz (récipient ouvert) à haute température Légende : :……………………………………………………………………….…... :……………………………………....................................................... • Conclusion : On chauffe un fluide Augmentation de la vitesse des molécules Augmentation du nombre de choc entre les molécules et sur la surface pressée Augmentation de la pression On refroidi un fluide Diminution de la vitesse des molécules Diminution du nombre de choc entre les molécules et sur la surface pressée Diminution de la pression 34 Pourquoi la bouteille s’écrase-t-elle ? L’air chauffé se dilate et, une partie de l’air contenu dans la bouteille sort, créant ainsi un vide partiel (dépression). Le bouchon empêche l’air extérieur d’entrer dans la bouteille. La pression due à l’air extérieur de la bouteille l’emporte sur la pression due à l’air qui est resté à l’intérieur de la bouteille : la bouteille s’écrase. 4.2.2 La pression et volume Exemple : pressons sur une seringue Modélise les molécules dans chacune des seringues. Conclusion : On diminue le volume Augmentation du nombre de choc entre les molécules et sur la surface pressée ……Augmentation de la pression On augmente le volume Diminution du nombre de choc entre les molécules et sur la surface pressée Diminution…. de la pression 35 4.2.3 La pression et quantité de molécule Nous verrons ce concept dans le point suivant. 5 Pression atmosphérique Documents IMAGE SATELLITE 1 Interprétation de l’image satellite 1 Bulletin météo du 12 février 2002 : IMAGE SATELLITE 2 Interprétation de l’image satellite 2. Bulletin météo du 19 fév. 2002 : 36 a) Manifestation de la pression atmosphérique dans notre quotidien. I) Observe les documents « image satellite 1 et image satellite 2 ». Comment se nomment ces deux documents ? Des images satellites. Quelle partie de la Terre représentent-ils ? L’Europe. Que représentent les zones sombres sur les cartes ? L'océan Atlantique et la mer Méditerranée. Pourquoi l’océan Atlantique n’est-il pas « sombre » sur toute sa surface sur l’image satellite 2 ? Car il y a des nuages. II) Observe les deux documents « interprétation des images satellite 1 et 2 ». • De quoi s’agit-il ? D’un bulletin météo. • Quel(s) renseignement(s) t’apporte (nt) ces documents ? Le temps qu'il fera. • Quel outil te permet de lire les bulletins météo ? La légende. • Quels éléments apparaissent sur ces documents ? Lignes, flèches, chiffres, lettres (A et D), pays, villes, ... • D’après la légende, que représentent : o les lignes ? Des isobares (c’est-à-dire des lignes qui rejoignent l’ensemble de points ayant la même pression atmosphérique. • o les nombres ? Les valeurs de la pression atmosphérique. o les lettres ? A : anticyclone D : dépression. Sur les documents, quelle valeur de la pression atmosphérique relèves-tu pour : 12 février 2002 19 février 2002 Les anticyclones 1040 1020 Les dépressions 1000 980 37 Conclusion : • Par temps anticyclonique : il fait beau car il n'y a pas de nuages. • Par temps dépressionnaire : il fait mauvais car il y a beaucoup de nuages. Un anticyclone se situe aux environs de 1 040 hPa. Une dépression se situe aux environs de 970 hPa. b) Observons une autre variation de la pression atmosphérique VARIATION DE …PRESSION….. EN FONCTION DE ……L’ALTITUDE…………… (hPa) 1. Quelle est la donnée représentée sur l’axe vertical ? L’altitude. 2. Quelle est l’unité utilisée sur l’axe vertical ? Le m. 3. Quelle est la donnée représentée sur l’axe horizontal ? La pression (atmosphérique). 4. Quelle est l’unité utilisée sur cet axe ? L’hectopascal (hPa). 5. Evalue la pression atmosphérique à 8 848 mètres d’altitude (Everest) ? Environ 300 hPa. Evalue la pression atmosphérique à 4 810 mètres d’altitude (Mont Blanc) ? Environ 545 hPa. Evalue la pression atmosphérique à 0 mètre d’altitude (Niveau de la mer) ? 1 013 hPa. 6. Que constates-tu ? La pression atmosphérique diminue avec l'altitude. 38 Notre modèle moléculaire : interprétation de la pression dans un gaz d Document 1 25 7 Document 2 Document 2 67 Document 3 92 59 101 Associons les informations tirées du graphique « variation de la pression atmosphérique en fonction de l’altitude » avec celles des 3 modèles moléculaires. 39 N° du document Basse pression. Moyenne pression. Forte pression. Document 1 Document 2 Document 3 Everest Mont-Blanc Mer Lieu géographique Quantité de molécules Nombre de chocs Recherche en page 11 la valeur de la pression en hPa Faible – moyenne - Faible – moyenne Faible –moyenne élevée élevée élevée 7 59 104 300 545 1 013 Constatation : Au sommet de l’Everest (altitude : 8 848 m), le nombre de molécules des gaz composant l’air est faible : le nombre de chocs est réduit. Il en résulte une basse pression. Au sommet du Mont-Blanc (altitude : 4 810 m), le nombre de molécules des gaz composant l’air est un peu plus élevé que sur l’Everest : le nombre de chocs augmente. Au niveau de la mer (altitude : 0 m), le nombre de molécules des gaz composant l’air est encore plus élevé : le nombre de chocs est très important. Il en résulte une forte pression. Conclusion : Un gaz est constitué de molécules en mouvement, séparées par des espaces intermoléculaires importants. Cette agitation moléculaire engendre des chocs : ▪ entre molécules ; ▪ entre molécules et la surface des objets à leur contact. Ce sont les chocs des molécules sur les surfaces de contact qui sont à l'origine de la pression. Le nombre de chocs est en relation avec : ▪ le nombre de molécules ; ▪ le volume disponible ; ▪ la vitesse des molécules. Si, pour un même volume, le nombre de molécules augmente, le nombre de chocs augmente également et donc aussi la pression. Si, pour un même nombre de molécules, on réduit le volume dont elles disposent, le nombre de chocs augmente et donc aussi la pression. Si, pour un même nombre de molécules, on augmente la vitesse des molécules, le nombre de chocs augmente et donc aussi la pression. 40 c) Associons bulletin météorologique et pression atmosphérique : a) schéma 1. h H h = hauteur d’air au sommet d’une montagne. H = Hauteur d’air au niveau de la mer. = molécule de gaz composant l’air. mer Compare la hauteur de la couche d’air au sommet de la montagne et au niveau de la mer. La hauteur de la couche d'air est plus petite au sommet de la montagne qu’au niveau de la mer. b) Relations entre ce schéma et le tableau de la page précédente. Complète le texte lacunaire avec les termes suivants : beaucoup – très peu – basse – haute – petite – grande. Quand la hauteur de la couche d’air est petite, il y a très peu de molécules : la pression atmosphérique est basse. Quand la hauteur de la couche d’air est grande, il y a beaucoup de molécules : la pression atmosphérique est forte. Observons le schéma suivant. 41 C A. Botrange B. Mont-Blanc C. Everest B A Altitude 0 m Que représentent les pointillés sur le schéma ci-dessus ? L'altitude 0 m (niveau de la mer). Que signifient-ils ? Les 3 altitudes sont descendues au niveau de la mer soit à 0 m d'altitude. Par convention, en météo, nous dirons que la pression d’un endroit est réduite au niveau de la mer. Conclusion : La Terre est entourée d’une couche d’air de plusieurs dizaines de kilomètres appelée atmosphère. La pression atmosphérique diminue avec l’altitude. Ce phénomène s’explique par une diminution de la quantité de molécules par unité de volume. Par conséquent, le nombre de choc diminue : l’air se raréfie. Prévoir les conditions météorologiques nécessite de comparer, au même moment, les pressions atmosphériques relevées dans différentes stations. Pour corriger l’effet de l’altitude et par convention, toutes les pressions relevées sont donc réduites au niveau de la mer. Les pressions réduites au niveau de la mer supérieures à 1 013 hPa, déterminent des zones de haute pression (anticyclones). Les pressions réduites au niveau de la mer inférieures à 1 013 hPa, déterminent des zones de basse pression (dépressions). 42 a) Application Boire à l’aide d’une paille En aspirant dans une paille, tu diminues à l’intérieur de celle-ci la pression de l’air. La pression, qui s’exerce sur la surface du liquide, va le faire remonter dans la paille (voir expérience 2 : seringue plongée dans un récipient d’eau colorée). Les ventouses Une ventouse adhère aux surfaces sur laquelle on l’applique. Pourquoi ? En pressant sur la ventouse, on chasse l’air entre elle et la surface sur laquelle on la pose. La pression atmosphérique extérieure à la ventouse agit seule sur celle-ci. Synthèse : la pression atmosphérique La pression atmosphérique est le rapport entre la force d’exerce l’air de notre atmosphère et une surface quelconque. Elle varie selon l’altitude. Altitude Nombres de Nombre de choc Pression molécules d’air moléculaires (F) atmosphérique Basse nombreux Nombreux Grande Haute Peu Peu Petite Rappel : la force et la pression varie proportionnellement Si F alors P et si F alors P 43 Synthèse générale • La pression est le rapport entre la force pressante par la surface pressée. La force pressante agit perpendiculairement sur la surface pressée. P = F/S • La pression dans les fluide (liquide, gaz) varie en fonction du choc des molécules sur les parois. Les facteurs influençant ce phénomène sont : - La vitesse des molécules (en donnant ou retirant de l’énergie aux molécules : chauffer ou refroidir) - Le volume disponible (en diminuant ou augmentant le volume) - Le nombre de molécules (l’altitude) pression atmosphérique 44 Chapitre 9 :Ne ventilez plus, respirez ! Mise en situation : comment la sportive produit-elle l’énergie nécessaire à la course ? Une augmentation du rythme respiratoire et donc de la quantité d’air qui entre dans le corps puis en sort ; - Une consommation plus importante d’aliments énergétiques et d’eau ; Une augmentation du rythme cardiaque et donc de la quantité de sang circulant ; - Une élimination accrue de sueur et d’eau. Durant ce chapitre nous allons étudier cela de plus prés. 1 Introduction Voici la constitution des organismes vivants : ORGANISME SYSTEME ORGANE TISSUS CELLULE Exemple : - Mammifère - Oiseau - Poisson … - Système respiratoire - Système digestif - Système circulatoire … - poumon - foie - cœur … - tissus musculaire - tissus adipeux - tissus nerveux … - cellule nerveuse - cellule sanguine - cellule de la peau … En effet, la production d’énergie se fait au niveau de toutes les cellules de l’organisme. On nomme ce phénomène LA RESPIRATION. Celle-ci se traduit par : Production d’énergie par les cellules nutriments + oxygène dioxyde de carbone + eau + ENERGIE 45 2 Système « respiratoire » C’est un ensemble d’organes, dont la fonction est d’assurer les échanges gazeux entre l’intérieur et l’extérieur d’un organisme. oxygène dioxyde de carbone ORGANISME Les animaux ont adopté différentes manières d’assurer ces échanges gazeux : - par les poumons : pulmonaire - par la peau : cutanée - par les branchies : branchiale - par les trachées : trachéenne 2.1 Respiration pulmonaire Rôle : faire ventiler de l’air (inspiration et expiration) dans les poumons afin de favoriser les échanges gazeux. 2.1.1 Les constituants de l’air D’après le tableau suivant, quels sont les constituants de l’air ? Composition pour 100 mL d’air : Oxygène 20,9 mL Dioxyde de carbone 0,03 mL Azote 78 mL Vapeur d’eau variable Je retiens : l’air est un mélange gazeux. Ses principaux constituants sont l'azote (environ 80%), l'oxygène (21%) et d’autres substances en quantités faibles (le dioxyde de carbone, la vapeur d’eau, …). 46 2.1.2 Schéma du système respiratoire Complète le schéma ci-dessous. Tracer des flèches bleues pour montrer le trajet de l’air inspiré et des flèches rouges pour montrer le trajet de l’air expiré. 2.1.3 Le trajet de l’air inspiré et expiré a) Quel est le trajet suivi par l’air inspiré ? Les fosses nasales le pharynx le larynx la trachée les bronches les bronchioles les alvéoles pulmonaires. 47 b) Associe les morts clés avec les descriptifs des différentes parties de l’appareil respiratoire. Mot clés : Le pharynx – Les bronches – Le diaphragme – Les alvéoles pulmonaires – La trachée – Les poumons – Le larynx – Les fosses nasales – Les bronchioles Ils sont de couleur rose foncé. Ils fonctionnent comme un soufflet. Ils occupent la presque totalité de la cage thoracique. Ils sont divisés en lobes. Le droit pèse environ 700 g, possède 3 lobes et est plus volumineux que le gauche. Ce dernier pèse environ 600 g et possède 2 lobes. Qui sont-ils ? Les poumons C’est un conduit situé entre la bouche et l’œsophage. On le surnomme le carrefour aérodigestif, car les voies digestives croisent les voies respiratoires. Au croisement des 2 voies, la voie aérienne se ferme au cours de la déglutition, afin d’empêcher les fausses routes. Qui est-il ? Le pharynx C’est un long tuyau d’environ 12 cm de long. Il est formé d’anneaux de cartilage empilés les uns sur les autres. Qui est-elle ? La trachée Ce sont des sacs microscopiques situés à l’extrémité des bronchioles. Elles sont le lieu d’échange entre les gaz respiratoires. Leurs parois fines et riches en vaisseaux sanguins sont alimentées par les bronchioles. Si elles étaient mises à plat, elles recouvriraient à peu près la superficie d’un court de tennis, car elles sont au nombre de 300 millions par poumons. Qui sont-elles ? Les alvéoles pulmonaires Ce sont deux cavités creuses s’ouvrant au dehors par les narines. Elles sont tapissées d’une muqueuse qui possède de multiples rôles : elle filtre, réchauffe, humidifie l’air que l’on respire d’une part et permet de sentir des odeurs d’autre part. Qui sont-elles ? Les fosses nasales 48 Elles sont deux, la droite et la gauche. Chacune d’entre elles est formée d’anneaux de cartilage comme la structure de la trachée. À l’intérieur des poumons, elles peuvent encore s ramifier. Qui sont-elles ? Les bronches C’est un organe qui est situé dans la gorge sous le pharynx et qui est soutenu par un cartilage (la pomme d’Adam). C’est là que se trouvent les cordes vocales qui produisent des sons. Son orifice supérieur peut être fermé par l’épiglotte, il communique en vas directement avec la trachée. Qui est-il ? Le larynx C’est un large muscle qui ferme la cage thoracique. Il joue un rôle essentiel dans les mouvements respiratoires. Il sépare la cavité thoracique de la cavité abdominale. Qui est-il ? Le diaphragme Elles sont les toutes dernières ramifications des bronches et sont étroitement liées aux alvéoles pulmonaires. Qui sont-elles ? Les bronchioles. 49 2.1.4 Le mécanisme de la ventilation pulmonaire Mais comment arrive-t-on à faire rentrer de l’air dans nos poumons ? Inspiration Expiration Hypothèse : ………………………………………..…………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………… 50 Expérience : • Matériels : Une bouteille en plastique sans fond avec un bouchon percé – Un ballon de baudruche – une paille – du papier collant – une feuille en plastique – une languette en papier – une paire de ciseaux. • - Mode opératoire : Attacher fixement la PAILLE au ballon de baudruche à l’aide d’un élastique ou de papier collant. Fermer la bouteille à l’aide du bouchon troué. Introduire la paille dans le trou du bouchon. Former un « m » avec la languette en papier et la coller sur LA FEUILLE EN PLASTIQUE. Couvrir le fond de la BOUTEILLE à l’aide de la feuille en plastique, et attacher celle-ci avec du papier collant ou un élastique. • Observation : Lorsque l’on tire la languette, le ballon se gonfle. Lorsque l’on relâche la languette, le ballon se dégonfle. • Schémas et comparaison • Conclusion À l’inspiration À l’expiration - contracté - décontracté - s’abaisse - revient à sa place Les poumons Gonflés Dégonflés La pression autour des poumons Basse Haute Sens de circulation de l’air Du haut vers le bas Du bas vers le haut Le diaphragme 51 2.1.5 Mais où se produit l’échange gazeux ? Dans le système respiratoire pulmonaire, c’est au niveau des alvéoles pulmonaires que les échanges gazeux se font. L’oxygène traverse la paroi des alvéoles pour rejoindre les vaisseaux sanguins. 2.2 Respiration cutanée Comment respire la grenouille ? a. Observe les 3 schémas et complète le tableau. Premier temps de l'inspiration • • • • narines ouvertes bouche fermée glotte fermée abaissement du plancher buccal Deuxième temps de l'inspiration • narines fermées • bouche fermée • glotte fermée • le plancher buccal s'élève Expiration • narines ouvertes • bouche fermée • glotte ouverte 52 Bouche glotte narines poumons 1er temps d’inspiration fermée fermée ouvertes dégonflés 2ème temps d’inspiration fermée ouverte fermées gonflés Expiration fermée ouverte ouvertes dégonflés La grenouille n’a pas de côtes (donc pas de cage thoracique) et pas de diaphragme. b. Analysons les expériences suivantes. Observe les 3 dessins suivants et réponds aux questions. eau de chaux Particularité de l’eau de chaux : se trouble en présence de dioxyde de carbone. ouate imbibée de chloroforme 1. La grenouille du récipient 2 a la tête dans l’air extérieur. L’eau de chaux du récipient finit cependant par se troubler. Pourquoi ? Car elle respire aussi par la peau. 2. La grenouille du récipient d peut respirer de l’air par ses narines. Cependant, elle ne tarde pas à être anesthésiée (l’anesthésie résulte de la fixation du chloroforme par le sang). Comment expliques-tu ce résultat ? Cela prouve bien que la peau de la grenouille est perméable à certaines substances qui peuvent entrer (chloroforme, oxygène, ...) et sortir (dioxyde de carbone). Conclusion La respiration chez la grenouille est à la fois pulmonaire et cutanée. 53 2.3 Respiration trachéenne Observe les schémas suivants et le tableau : Orifices respiratoires (stigmates) Complète le texte. Chez les insectes, l’air entre et sort par de petits orifices situés sur l’abdomen : les stigmates. De chaque stigmate, partent de minuscules tubes : les trachées. Grâce aux mouvements rythmiques de l’abdomen, l’air circule dans les trachées jusqu’aux organes, qui prélèvent directement de l'oxygène dans l’air des trachées et y rejettent du dioxyde de carbone. 2.4 Respiration branchiale A. Avant de voir ce type de respiration aquatique, posons-nous la question, est-ce qu’il y a de l’oxygène dans l’eau ? Expérience : Un poisson rouge est placé dans un récipient. Ce récipient est relié à un ordinateur par une sonde à oxygène. L'écran de l'ordinateur indique la teneur de l'eau en oxygène dissous. Temps (min) Quantité oxygène dissous dans l’eau sans poisson avec poisson 0 8,7 8,7 2 8,7 7,7 4 8,7 7,4 6 8,7 7,3 Conclusion : le poisson puise l'oxygène dont il a besoin dans l'eau. 54 B. Observe ces 2 photos. L’observation montre que le poisson effectue des mouvements avec sa bouche et ses opercules selon un rythme régulier. Complète les phrases suivantes avec : « ouvert » ou « fermé » : I. quand la bouche est ouverte, les opercules sont fermés ; II. puis la bouche se ferme et les opercules s'ouvrent. Observe les 2 schémas ci-dessous. Quel est le trajet de l’eau colorée ? L’eau entre par la bouche et sort par l'opercule. Soulevons l’opercule du poisson : on voit des branchies rouges car riches en vaisseaux sanguins. C'est à ce niveau que vont s'effectuer les échanges gazeux : l’eau riche en oxygène entre par la bouche. Conclusion Chez les poissons, au niveau des branchies, se réalisent les échanges gazeux entre l’eau et le sang du poisson. L’eau pauvre en oxygène et riche en dioxyde de carbone sort par l’opercule. 55 Exercice de synthèse Indique sur les flèches les différents types de respiration. Cutanée - pulmonaire trachéenne organe organe organe branchiale Synthèse partielle : Il ne faut donc plus confondre : RESPIRATION = VENTILATION - ventilation : mécanisme d'échanges gazeux entre un être vivant et son milieu de vie. - respiration (cellulaire) : nutriments + oxygène dioxyde de carbone + eau + ENERGIE ! Le but de la ventilation est de favoriser les échanges gazeux (oxygène et dioxyde de carbone). Cutanée Trachéenne peau trachées Pulmonaire poumons Branchiale branchies 56 3 Système digestif Pourquoi l’athlète doit-il manger avant la course ? aliment aliment digéré = nutriment) aliments mal ou non digérés (dans le gros intestin) Comment les aliments de départ arrivent-t-ils dans le sang ? Où a lieu ce passage ? Dans le tube digestif, ils sont réduits en petites molécules qui passent dans le sang surtout au niveau de l’intestin grêle. Je retiens : pour parvenir aux cellules, les aliments doivent pouvoir traverser les parois du tube digestif. DIGESTION Pour ce faire, la plupart des aliments doivent être digérés, c’est-à-dire réduits en molécules suffisamment petites pour pouvoir traverser ces parois. ABSORBTION Au niveau de l’intestin grêle, les nutriments (= les aliments digérés) passent au travers des parois : c’est l’absorption intestinale. DEFECATION Les matières non absorbées constituent les excréments qui seront évacués par l’anus. 57 a) Dans le texte de la page suivante, soulignes-en : - noir, le nom des organes dans lesquels passent les aliments ; - bleu, si l’aliment subit une transformation par une action mécanique (broyer, mélanger, ...) ; - rouge, si l’aliment subit une transformation par l’action d’une substance chimique (suc digestif). Dans la bouche, les aliments sont coupés, broyés par les dents et imprégnés de salive. Après déglutition, ils s’engagent dans un tube d’une trentaine de centimètres de long, l’œsophage ; ils arrivent ainsi en quelques secondes dans une poche, l’estomac, où ils sont longuement brassés et subissent l’action du suc gastrique. Ils progressent ensuite dans un tube de 7 à 8 mètres de long, l’intestin grêle, où ils sont soumis à différentes sécrétions : la bile provenant du foie, le suc pancréatique produit par le pancréas, le suc intestinal sécrété par la paroi de l’intestin. Les excréments cheminent lentement dans le gros intestin avant d’être évacués au niveau de l’anus. Tout au long de ce trajet, la progression des aliments est assurée par les contractions des muscles de la paroi du tube digestif. b) Sur le schéma, colorie en vert le tube digestif et dans une autre couleur les glandes. bouche Colorie les pastilles : • en bleu si il y a actions mécaniques • en rouge s'il y a une relation avec une action chimique oesophage foie estomac pancréas intestin grêle gros intestin anus 58 Je retiens : La fragmentation des aliments, appelée DIGESTION, est à la fois mécanique (dents, muscles, …) mais aussi chimique (sucs digestifs : salive, suc gastrique, bile,…). L’ensemble des organes dont la fonction permet la digestion des aliments s’appelle le SYSTEME DIGESTIF. Système digestif = tube digestif + les glandes Le rôle du système digestif est de favoriser le passage des nutriments dans le sang. 4 Système excréteur 4.1 Les reins. Colorie les reins dans la couleur de ton choix veine cave inférieure artère aorte veine rénale artère rénale rein Vaisseaux sanguins uretère vessie urètre Un homme adulte rejette 1 à 1,5 litre d’urine par jour. Si, pour diverses raisons, cette fonction est totalement stoppée, la mort survient au bout de peu de jours. Il est donc indispensable de boire ... et d'uriner. L’excrétion urinaire est vitale pour l’organisme. Composition de l’urine (pour 1000 g d’urine). 59 Eau 950 g Sels minéraux 20 g Urée 25 g Matières diverses 5g L’urée est un déchet toxique produit par l’activité de l’organisme. A son entrée dans les reins, le sang renferme de nombreux déchets (urée, ...) et des substances en excès (eau, sel, ....). Les reins filtrent le sang. L'urine est le produit de la filtration rénale ; elle contient de nombreuses substances et présente un certain degré de toxicité : elle doit être rejetée, excrétée. a) Fonctionnement. L’urine quitte le rein par l’uretère, arrive dans la vessie, où elle est stockée. Extensible et donc de contenance variable, la vessie se contracte lorsqu’elle est suffisamment distendue CONVENTIONS faisant naître le besoin d’uriner. CONVENTION : aliments Modèle de l'excrétion au niveau des reins : nutriments : eau : oxygène : dioxyde de carbone : déchets Les reins permettent d’extraire les déchets et l’eau se trouvant dans le sang 60 4.2 Les poumons Modèle de l'excrétion au niveau des poumons Le sang chargé du dioxyde de carbone et d'une partie de l'eau produits par les organes, les transporte vers les poumons et les rejette, dans les alvéoles pulmonaires. Les poumons permettent d’évacuer le dioxyde de carbone se trouvant dans le sang. 4.3 La peau. La peau rejette la sueur, liquide comparable à de l’urine diluée. La sueur, rejetée par les glandes sudoripares, contient donc des déchets mais davantage dilués que dans l'urine : 1000 g de sueur contiennent 990 g d’eau et 10 g de matières dissoutes. poil pore vaisseaux sanguins canal et glande sudoripares Modèle de l'excrétion au niveau de la peau La peau permet d’extraire les déchets et l’eau se trouvant dans le sang. 61 Je retiens : le système excréteur a pour fonction d'éliminer les déchets en dehors de l'organisme. Après avoir été rejetés par les cellules, les déchets sont repris et véhiculés par le sang vers les organes excréteurs : - la peau : la sueur ; - les poumons : le dioxyde de carbone ; - les reins : l'urine ; - ... 62 5 Système circulatoire 5.1 le rôle Le système circulatoire est un réseau de transport mettant toutes les parties de notre corps en communication. 5.2 le cœur Organe musculaire creux, le sang arrive par les veines et part par les artères, assurant ainsi la circulation. Il faut savoir qu’il sert uniquement de pompe sanguine à l’organisme. Le sang arrive dans le cœur par les oreillettes, et est envoyé dans le corps grâce aux ventricules. 1. Le sang oxygéné arrive dans l’oreillette gauche. 2. Le sang oxygéné est propulsé par le ventricule gauche. 3. Le sang désoxygéné arrive dans l’oreillette droite. 4. Le sang désoxygéné est propulsé par le ventricule droit. 5.3 le trajet du sang A l’aide du texte : - colorie en rouge le trajet du sang riche en oxygène et en bleu le trajet du sang pauvre en oxygène. - représente le trajet du sang par des flèches. 63 Le voyage d’une goutte de sang La goutte se trouve dans le ventricule gauche du cœur. Elle est propulsée du cœur pour aller propulser l’oxygène et les aliments nutritifs dans le muscle. Elle repart du muscle avec le gaz carbonique pour aller dans l’oreillette droite du cœur. Elle passe dans le ventricule droit qui la propulse vers les alvéoles des poumons. Là, elle laisse le gaz carbonique et prend l’oxygène contenu dans l’air des poumons. Elle repart ensuite vers l’oreillette gauche du cœur, passe dans le ventricule gauche et le trajet recommence. Je retiens : Le système circulatoire est un réseau de transport mettant toutes les parties de notre corps en communication. Le SANG, qui circule dans les vaisseaux, transporte : - les nutriments qui, après avoir traversé la paroi intestinale, sont repris et véhiculés vers les cellules où ils seront utilisés ; - l'oxygène qui, après avoir traversé les parois des poumons, est repris et véhiculé vers les cellules où il sera utilisé ; - les déchets (dioxyde de carbone, urée, eau, ...), qui après avoir été rejetés par les cellules, sont repris et véhiculés vers les organes excréteurs (poumons, reins et glandes de la peau). 64 CONVENTIONS CONVENTION : aliments 6 Synthèse générale : nutriments : eau : oxygène : dioxyde de carbone : déchets JE RETIENS. Les cellules constituant nos organes utilisent de l'oxygène et des nutriments et rejettent du dioxyde de carbone : elles respirent. En réalité, le véritable siège de la respiration se situe au niveau de chaque cellule. 65 Chapitre 10 : Eclairons notre lanterne 1 Energie 1.1 Observation d’un montage et modélisation Pour construire un dispositif technique qui remplit une finalité, on réalise un montage. Un montage est constitué d’une chaine d’objets reliés entre eux dans un certain ordre. Par convention : : réservoir d’énergie E : transformateur d’énergie : receveur d’énergie Schéma général d’un montage : E nom de l’objet nom de l’objet nom de l’objet la lampe l’espace ambiant Exemple : montage d’une lampe torche E la pile électrique 66 1.2 Source d’énergie et forme d’énergie a) L’énergie peut être issue de différentes sources naturelles : - Fossiles (charbon, gaz, pétrole) Nucléaire (uranium,…) Renouvelables (vent, soleil, eau en mouvement, géothermie,…) b) L’énergie se présente sous différentes formes : - Liée au mouvement Energie mécanique - Liée à l’électricité Energie électrique - Liée à la chaleur Energie thermique - Liée à la lumière Energie lumineuse - Liée aux réactions chimiques Energie chimique - Liée au cœur de la matière Energie nucléaire Reprenons notre exemple de la lampe torche et ajoutes-y le transfert d’énergie (forme d’énergie). E.électrique E.lumineuse E la pile électrique la lampe l’ampoule allumée Que ressens-tu si tu touches l’ampoule ? l’ampoule est chaude 1.3 Dégradation d’énergie Dans un montage, on constate une production non désirée d’énergie thermique (échauffement des objets). Cette énergie thermique non désirée, perdue pour le montage, est une forme dégradée d’énergie. Reprenons encore notre exemple de la lampe torche et ajoutes-y les pertes d’énergie (dégradation). E.thermique E.électrique E.thermique E.lumineuse E la pile électrique la lampe l’espace ambiant 67 1.4 Energie électrique De toutes les formes d’énergie, l’énergie électrique est celle que chacun de nous emploie le plus couramment. L’énergie électrique est le résultat de transformations d’autres formes d’énergie. Mais d’où vient l’électricité que tu utilises ? ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 1.4.1 Les centrales électriques Analyse le schéma de la centrale électrique thermique, et explique son fonctionnement. 1/ On brûle un combustible (pétrole, gaz) dans la chaudière. 2/ Cette chaleur permettra de chauffer la chaudière remplie d’eau, l’eau s’évapore. 3/ La vapeur d’eau traverse un conduit très petit ce qui augmentera sa pression. 4/ Cette pression de vapeur permettra de faire tourner la turbine. 5/ L’alternateur attaché à la turbine produira l’électricité. 6/ La vapeur d’eau sera refroidie pour refaire le circuit. 1 Complète le montage de la centrale électrique : E.thermique E.chimique E.thermique E.thermique E.mécanique E.thermique E.thermique E.électrique E le combustible la chaudière la turbine l’alternateur divers appareils 68 Conclusion : En effet, le but d’une centrale électrique est de générer de l’énergie électrique. Et cela grâce à un générateur électrique (alternateur = générateur). Mais il peut exister plusieurs types de centrale électrique : 2 3 5 4 69 6 Source : https://lagrangien.wordpress.com et CE1D sciences 2015 70 A l’aide des schémas, complète le tableau suivant. Centrales électriques 1. Thermique Réservoir d’énergie Fossile : pétrole, gaz Transformateurs d’énergie - Chaudière - Turbine Receveur d’énergie Appareils électriques Déchets produits De l’eau et du dioxyde de carbone. Appareils électriques Déchets nucléaire Appareils électriques Rien Appareils électriques Rien Appareils électriques Rien Appareils électriques rien - Générateur a 2. Nucléaire Uranium, … - Chaudière - Turbine - Générateur 3. Hydraulique L’eau - Turbine - Générateur b 4. Photovoltaïque La lumière du soleil - la plaque du panneau photovoltaïque est un générateur. 5. Géothermique La chaleur du sous-sol - Chaudière - Turbine - Générateur 6. Eolienne Le vent - Turbine - Générateur Vis-à-vis de leur réservoir d’énergie, nous pouvons séparer les centrales électriques dans deux groupes : a Les énergies non-renouvelables la mise en œuvre entraîne l‘extinction de la ressource initiale. Les énergie renouvelables b la mise en œuvre n’entraîne pas l‘extinction de la ressource initiale. 71 Exercice a) Représente le montage des appareils suivant : - Un grille-pain - Un mixer électrique - Une lampe de bureau - Un micro-onde - Un sèche-cheveux 72 b) Représente le schéma du montage de ce dispositif c) Voici les photos d’un fer à repasser et d’une perceuse en fonctionnement : Complète le tableau Formes d’énergie qui alimente l’appareil Formes d’énergie obtenues pendant le fonctionnement Fer à repasser Electrique Electrique Perceuse Thermique Mécanique Lumineuse Thermique Source : CE1D sciences 2014 73 2 Les êtres vivants 2.1 Réseau trophique et forme d’énergie Rappel : Réseau trophique ensemble de chaîne alimentaire qui a au moins un maillon en commun. Reprenons le schéma du réseau trophique vu dans les thèmes précédents et voyons quelles sont les formes d’énergies produites. E.thermique E.thermique 1.1.3 1.1.4 SOLEIL E.lumineuse VEGETAUX PRODUCTEURS E.chimique E.thermique E.chimique 1.2 ANIMAUX HERBIVORE E.thermique E.chimique DECOMPOSEURS E.chimique E.thermique CONSOMMATEURS 1.2.1 E.chimique 1.2.2 DETRITIVORES ANIMAUX CARNIVORES On distingue 3 niveaux trophiques : - Les producteurs qui utilisent l’énergie solaire. - Les consommateurs qui tirent leur énergie d’autre vivants. - Les décomposeurs qui tirent leur énergie de cadavres, débris végétaux. 74 2.2 L’organisme une chaine énergétique a) Les 3 besoins énergétiques Notre organisme a besoin d’énergie sous différentes formes pour assurer des fonctions vitales : - Pour assurer ses déplacements, ses mouvements : besoin d’énergie mécanique. - Pour assurer la fabrication des substances nécessaire à la croissance, et pour constituer ses réserves : besoin d’énergie chimique. - Pour assurer la maintenance constante de sa température (36.5° chez l’humain) : besoin d’énergie thermique. b) La chaîne énergétique chez les êtres vivants A quel niveau de l’organisme sera produit les trois énergies dont on a besoin ? au niveau de la cellule. Représentation de la chaîne énergétique cellulaire (montage) : E.thermique E.chimique E Réservoir (nutriments) oxygène E. mécanique (mouvements) E.chimique (stockage) E.thermique (thermorégulation) 3 besoins énergétiques Transformateur (cellules) En effet, respirer, c’est transformer l’énergie chimique contenue dans les nutriments. Cette transformation se déroule au niveau des cellules, grâce à l’oxygène. Comment s’appelle ce phénomène ? La combustion. 75 2.3 Comparaison humain / voiture Le fonctionnement de l’homme peut être comparé à celui d’une voiture. Complète les cases vides du tableau. Homme Voiture Une source d’énergie Nutriments Carburant Le gaz puisé dans l’environnement pour assurer la production d’énergie Oxygène Oxygène Une forme d’énergie produite Energie mécanique Energie mécanique Les déchets produits Eau et dioxyde de carbone Eau et dioxyde de carbone Combustion Combustion Le nom du phénomène responsable de la production d’énergie SYNTHESE : • Energie Montage d’un dispositif. (source – transformateur – récepteur) Les sources et formes d’énergie Application : les centrales électrique • Les êtres vivants Réseau trophique et formes d’énergie Les niveaux trophiques : producteur, consommateurs, décomposeurs. Production de l’énergie des organismes : la cellule siège de la respiration (grâce à l’oxygène). 76 Chapitre 11 : 1 + 1 donne … un autre ! 1 Comportement reproducteur Dans les milieux de vie (biotopes) on observe de nombreuses attitudes et actions liées à la reproduction. Ex : les mâles et les femelles se cherchent, s’attirent, s’accouplent, les parents apportent des soins à leur descendance, … Cet ensemble d’actions et d’attitudes constitue le comportement reproducteur 77 Des stimuli précis sont à l’origine de ce comportement. Ils peuvent provenir : • d’individus (partenaires et jeunes) de la même espèce : - • stimuli ………auditifs………... (cris, chants, …). stimuli ………olfactifs…………………….. (odeurs). stimuli ………visuels………….... (couleurs vives, postures, danses, …). du milieu de vie : - luminosité ; température ; disponibilité de la nourriture, … La fonction globale du comportement reproducteur est d’assurer la multiplication de l’espèce. 2 « stratégies » de reproduction Enigme : Observe ce tableau : Espèces Truite Canard colvert Lapin Vipère Grenouille Homme Nombre de naissances par portée ou par ponte 800 8 13 7 5000 1 Question : comment expliques-tu une telle différence entre ces nombres de naissances ? …………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………… La pérennité d’une espèce est sa capacité à ne pas disparaître, c’est-à-dire : de nouveaux individus doivent remplacer ceux qui meurent. Pour assurer la pérennité des espèces, deux situations existent. On observe des espèces qui se caractérisent par des : Nombre de naissances Elevé Réduite Perte des petits Elevé Réduite Raison Exemple - par absence de protection des œufs ; - par manque de soin apporté aux jeunes. Poissons, Amphibiens - par protection des œufs ou petits ; - par prise en charge des jeunes : protection, alimentation … Oiseaux, Mammifères 78 3 Organes reproducteurs Mâles et femelles possèdent des organes reproducteurs différents : …les testicules……….… chez les mâles, les ……ovaires……….. chez les femelles. Ces organes produisent des cellules reproductrices ou gamètes différents : les testicules produisent des …spermatozoïdes………… et les ovaires, des ……ovules…….. 4 Fécondation La fécondation est l’union d’un …… spermatozoïdes …… et d’un …… ovules ………... . Elle aboutit à la formation d’une cellule-œuf qui peut se développer en un embryon et donner ensuite un nouvel être vivant. Mâle Femelle Testicules Ovaires Organes reproducteurs Cellules reproductrices Spermatozoïdes Ovules Fécondation Cellule-œuf Embryon Nouvel être vivant 79 5 les caractéristiques du mode de reproduction des vertébrés 5.1 Ovipare ou vivipare ? Reprends tous les Vertébrés énoncés dans ces 2 tableaux et effectue un trier-classer selon le critère : mode de reproduction 1. grenouille – 2. moineau – 3. babouin – 4. mésange – 5. macareux moine – 6. souris – 7. tortue – 8. hirondelle – 9. dindon - 10. kangourou – 11. fulmar – 12. autruche – 13. gardon – 14. vautour moine – 15. grue de Mandchourie – 16. gypaète barbu – 17. pic vert – 18. bouvreuil – 19. truie Critère : mode de reproduction Caractéristique : pond des œufs 1 – 2 – 4 – 5 – 7 – 8 – 9 – 11 – 12 – 13 – 14 – 15 – 16 – 17 – 18 - OUI NON 3 – 6 – 10 - 19 Être vivant à mode de reproduction qui pond des oeufs Être vivant à mode de reproduction qui ne pond pas d'oeufs OVIPARE VIVIPARE 80 Que faut-il retenir ? 1. Un être vivant qui pond des œufs protégés ou non par une coquille a un mode de reproduction ovipare. L’œuf renferme des matières nutritives permettant à l’embryon de se développer. Le développement se fait totalement ou partiellement à l’extérieur de l’organisme maternel. 2. Un être vivant qui ne pond pas, a un mode de reproduction vivipare. L’embryon puise les éléments nutritifs nécessaires à son développement dans le sang maternel par l’intermédiaire d’un organe d’échange : le placenta. Le développement s’effectue à l’intérieur de l’organisme maternel. Les Vertébrés répondant à ces caractéristiques sont des Mammifères. * Ovovivipare : ce dit d'un animal qui est en fait un ovipare mais dont les œufs éclosent à l'intérieur du corps maternel. 81 5.2 Fécondation interne ou externe ? Dessins extraits de la nouvelle édition : Je construis mes apprentissages en sc au 1° degré Simone Bertrand-Renauld, Jean Mols Edition De Boeck Observe les croquis suivants spermatozoïde ovule ovule fécondé Amphibiens (grenouilles) : le mâle se tient sur le dos de la femelle et la serre fortement. Ils nagent ainsi accouplés pendant plusieurs jours. Les ovules pondus dans l’eau par la femelle sont ensuite fécondés par la laitance du mâle. La fécondation se fait dans l’eau, donc à l’extérieur du corps de la femelle. Poissons (saumons) : la femelle réalise, par des mouvements du corps, un léger creux entre des cailloux. Elle y dépose des ovules. Le mâle le plus fort fournira les spermatozoïdes. Ceux-ci féconderont les ovules dans l’eau. Reptiles mâles et de la (tortues) : la rencontre des cellules reproductrices femelles se fait à l’intérieur des organes génitaux femelle. Oiseaux : le spermatozoïde rencontre l’ovule à l’intérieur des organes génitaux de la femelle. En utilisant les documents précédents, explique ce qu’est : la fécondation externe : rencontre des cellules reproductrices (mâle et femelle) à l’extérieur du corps, généralement dans l’eau la fécondation interne : rencontre des cellules reproductrices (mâle et femelle) à l’intérieur du corps de la femelle. 82 Reprends les Vertébrés «ovipares» du trier-classer précédent et poursuis un trier-classer en fonction du type de fécondation. 1. grenouille – 2. moineau – 4. mésange – 5. macareux moine – 7. tortue – 8. hirondelle – 9. dindon - 11. fulmar – 12. autruche – 13. gardon – 14. vautour moine – 15. grue de Mandchourie – 16. gypaète barbu – 17. pic vert – 18. bouvreuil Critère : type de fécondation Caractéristique : interne OUI NON 2–4–5–7–8 -9 – 11 – 12 – 14 – 15 – 16 – 17 – 18 Être vivant à fécondation interne 1 – 13 Être vivant à fécondation noninterne (= fécondation externe) Que faut-il retenir ? La fécondation est l’union d’un spermatozoïde et d’un ovule. Elle aboutit à la formation d’une cellule-œuf qui peut se développer en un embryon et donner ensuite un nouvel être vivant. La fécondation n’est possible qu’entre individus de la même espèce (et de sexe opposé). En fonction du milieu de vie, la fécondation est le plus souvent : - interne dans le biotope terrestre : le mâle libère ses spermatozoïdes à l’intérieur du corps de la femelle : c’est la fécondation interne. - externe dans le biotope aquatique : mâle et femelle libèrent les cellules reproductrices directement dans l’eau, c’est la fécondation externe. 83 5.3 Être vivant avec couvaison ou sans couvaison Observe les croquis du comportement de deux Vertébrés ovipares à fécondation interne visà-vis de leurs œufs. Les ovipares à fécondation interne s’occupent-ils de leurs œufs ? Justifie ta réponse. Oui : chez l’oiseau, les parents couvent. Non : chez la tortue, la femelle abandonne ses œufs dans le sable, au soleil… Utilise ces renseignements pour continuer le trier-classer des Vertébrés ovipares, à fécondation interne, en fonction de l’intervention des parents. 2. moineau – 4. mésange – 5. macareux moine – 7. tortue – 8. hirondelle – 9. dindon - 11. fulmar – 12. autruche – 14. vautour moine – 15. grue de Mandchourie – 16. gypaète barbu – 17. pic vert – 18. bouvreuil Critère : intervention des parents Caractéristique : couvaison NON OUI 1 – 2 2 - 4 – 5 - 8 – 9 -9 - - 11 – 12 – 14 13 -15 – 16 - 17 - 18 7 Être vivant avec couvaison des oeufs Être vivant sans couvaison des oeufs Oiseaux Reptiles Que faut-il retenir ? Les Vertébrés ovipares à fécondation interne : - qui couvent leurs œufs sont des Oiseaux ; - qui ne couvent pas leurs œufs sont des Reptiles. 84 5.4 Développement direct ou indirect Observe les croquis et compare les jeunes à leurs parents Document sur le cycle de vie de la grenouille : Une grenouille raconte Je me présente : Grisette, petite grenouille grise, née dans une classe de Paris, très loin du calme de la campagne. Voulez-vous que je vous raconte mon aventure ? J'étais d'abord un œuf - petit point noir entouré d'une boule transparente collé à d'autres œufs, nous formions une grosse boule gluante qui flottait à la surface de !'eau d'une mare où notre mère nous a pondus. Un jour quelqu'un est venu, nous a ramassés puis enfermés dans un seau plein d'eau et... en route pour PARIS. On nous a mis dans un aquarium avec des plantes d'eau. Quelques jours après, tous les œufs ont éclos, je suis sortie de la boule transparente qui m'entourait. J'étais une petite larve noire allongée et fragile ; je suis allée m'accrocher aux plantes, avec mes frères et sœurs. J'ai nagé avec ma petite queue pour visiter notre maison : c'était bien petit ici ! Quelle eau ! et quel goût bizarre ! Mes frères m'ont dit que j'avais une sorte de moustache de chaque côté de la tête. Les enfants de la classe ont appelé cela des branchies. Au bout de trois jours, elles ont disparu ! Pourquoi ? Comment ? Je me le demande. J'avais faim et j'ai commencé à grignoter les plantes d'eau. J'ai grossi, j'ai grandi, j'ai nagé de mieux en mieux. J'avais une longue queue et une énorme tête. J'ai entendu les élèves dire que j'étais un têtard de grenouille, à cause de ma grosse tête sûrement ! Alors, on m'a donné des morceaux de carotte, des vers de terre et j'ai même mangé des têtards morts. J'avais un mois et demi, quand j'ai senti pousser deux pattes entre ma tête et ma queue. Elles ressemblaient aux pattes de derrière des grenouilles. Une semaine plus tard, deux autres pattes courtes ont poussé en avant : j'étais presque une petite grenouille mais j'avais toujours ma queue. Je pouvais déjà bondir sur les feuilles des plantes d'eau et vivre hors de l'eau. COMME J'AVAIS CHANGE AU COURS DE MA VIE ! QUEL BOULEVERSEMENT DE MON CORPS Alors, j'ai quitté ma maison, on m'a enfermé dans un vivarium en compagnie de quelques frères et sœurs. Chaque jour, ma queue raccourcissait. Un matin, j'ai été très étonnée de sentir que je n'avais plus de queue. J'étais heureuse de n'avoir plus à subir de métamorphose. Les enfants entouraient ma maison et j'ai entendu : "Maîtresse, il y a une vraie grenouille dans le vivarium! Plouf, elle a plongé ! Comme elle nage bien ! " Que j'étais fière d'être l'aînée ! Mais je ne pouvais guère bondir loin car j'étais emprisonnée. J'espère qu'un jour on m'emportera à la campagne, au bord de la mare où ma mère habite peut-être encore. Alors je serai enfin libre ! 85 Découpe les images ci-dessus et colle celles-ci dans l’ordre dans la page suivante 1 5 8 4 3 9 7 2 6 86 Cycle de vie de la grenouille : Cycle de vie du poisson : Comparons : - chez la grenouille : le jeune ne ressemble pas à ses parents et se transforme (métamorphoses) ; - chez le poisson : le jeune ressemble à ses parents 87 Utilise ces renseignements pour poursuivre le trier-classer des Vertébrés ovipares, à fécondation externe, en fonction du développement du jeune. 1. grenouille –13. gardon Critère : type de développement Caractéristique : métamorphoses OUI NON 1 13 Développement indirect avec métamorphoses Développement direct (sans métamorphoses) Amphibiens Poissons Que faut-il retenir ? Chez les Vertébrés ovipares à fécondation externe, c'est-à-dire les Amphibiens et les Poissons, le développement embryonnaire peut conduire à : - une larve qui diffère de l’adulte par sa forme et son mode vie : c’est le développement indirect. Celui-ci s’accompagne de transformations profondes : les métamorphoses Amphibiens ; - un jeune qui, à l’exception de la taille, ressemble à l’adulte : c’est le développement direct (sans métamorphoses) Poissons. 88 SYNTHESE 1- 2 – 3 – 4 – 5 – 6 – 7 – 8 – 9 – 10 – 11 – 12 – 13 – 14 – 15 - 16 15 - 16 Critère : mode de reproduction Caractéristique : pond des oeufs OUI NON 3–7-8 1 – 2 – 4 – 5 – 6 – 9 – 10 – 11 – 12 – 13 -14 – 15 -16 Pas ovipares (= vivipares) Ovipares MAMMIFERE S Critère : type de fécondation Caractéristique : fécondation interne OUI 1 – 2 – 6 – 12 – 13 – 14 – 15 16 NON 4 – 5 – 9 – 10 – 11 Ovipares à fécondation interne Ovipares à fécondation externe Critère : intervention des parents Caractéristique : couvaison Critère : type de développement Caractéristique : métamorphose OUI OUI NON 1 – 6 – 13 - 14 2 – 12 – 15 - 16 9 - 10 Ovipares avec couvaison Ovipares sans couvaison sss couvaison Ovipares avec métamorphoses REPTILES AMPHIBIENS OISEAUX NON 4 – 5 - 11 Ovipares sans métamorphose POISSONS 89 6 Reproduction humaine 6.1 la puberté Chez les filles vers « 11 ans » et chez les garçons vers « 12 ans » vient la période de la vie durant laquelle le corps subit des changements importants, c’est le passage de l’enfance à l’adolescence. Quels sont ces changements importants que notre corps subi durant l’adolescence ? Changements des caractères sexuels Masse En général une fille, à la puberté… En général un garçon, à la puberté… Augmentation de la masse Augmentation de la masse adipeuse. musculaire. au niveau des aisselles, les bras Poils et les jambes, pubiens au niveau du visage barbe et moustache, des aisselles, du torse, les bras et les jambes, pubiens Augmentation de volume des Organes génitaux Les seins se développent Voix Change très discrètement testicules et du pénis Elle mue, c'est-à-dire qu’elle devient plus grave Acné Apparaît parfois car la peau devient plus grasse 90 6.2 Appareil génital Complète les schémas suivants Appareil génital féminin la trompe l’utérus l’ovaire le vagin Appareil génital masculin le canal déférent le pénis testicule 91 6.3 Mécanisme de la reproduction humaine OVAIRES TESTICULES GLANDES Spermatozoïdes sécrétions Ovulation Ovules sperme Ejaculation Aboutit dans les trompes Fécondation de l’ovule par un spermatozoïde. Pas de fécondation de l’ovule. Cellule-oeuf Dégénération de l’ovule Aboutit dans l’utérus embryon Apparition des règles. foetus accouchement bébé Lors d’un rapport sexuel, le sperme est libéré dans le vagin. Les spermatozoïdes se déplacent jusque dans les trompes. Pour qu’il y ait fécondation, il faut qu’il y ait union de l’ovule avec le spermatozoïde. Cette union aboutit à la formation d’une cellule-œuf. Dans les jours qui suivent, la cellule-œuf devient un embryon qui migre vers l’utérus et s’y implante. Ceci marque le début de la grossesse et l’absence des règles jusqu’à l’accouchement. 6.4 Maladies et préventions L’utilisation du préservatif est un acte de citoyen responsable. Non seulement son utilisation protège des infections sexuellement transmissibles (IST), mais elle permet aussi de réduire le risque de stérilité suite à une infection non détectée et d’éviter une grossesse non désirée. En outre, c’est un moyen de protéger les autres en évitant la propagation d’IST notamment le SIDA. 92 7 Classification phylogénétique des vertébrés 7.1 Introduction Quand peut-on dire que deux individus appartiennent à une même espèce ? Des individus appartiennent à une même espèce s’ils sont capables de : - se reproduire de façon sexuée - de donner une descendance fertile 7.2 Classification phylogénétique Classe les vertébrés de la page suivante. 93 94 La classification actuellement utilisée est la classification phylogénétique. Les vertébrés, comme les autres êtres vivants peuvent être classés sur base de leurs caractères morphologiques partagés. Classement phylogénétique de l’exercice précédent : LES VERTEBRES (qui ont une vertèbre) Les chondrichtyens Caractère commun : Squelette cartilagineux Les actinoptérygiens Exemple : requin,… Caractère commun : Nageoires rayonnées Exemple : truite, sardine,… Les amphibiens Caractère commun : Membres antérieurs à 4 doigts Exemple : grenouille, crapaud, … Les tortues Caractère commun : Carapace en 2 pièces (ventrale et dorsale) Exemple : tortue,… Les lépidosauriens Les crocodiles Exemple : lézard, serpent, … Caractère commun : Fosse temporale (crâne) inférieur triangulaire Exemple : crocodile, alligator, … Les oiseaux Caractère commun : 1er orteil retourné vers l’arrière Exemple : aigle, moineau, … Les mammifères Caractère commun : Peau recouverte de poils Exemple : ours, chien, … 95
