I. Les objets macroscopiques et microscopiques de l`univers
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Physique A : Exploration de l’espace CHAPITRE 1: De l’atome aux galaxies samedi 15 avril 2017 I. Les objets macroscopiques et microscopiques de l’univers Fiches bristol jeu de cartes, post-it AP : distribuer jeu de cartes, fiche n°1 : Distances dans l’univers AE - Activité n°1 : qui est où ? par groupe de 4 : parmi les cartes, sélectionner ceux qui existent : - dans notre système solaire - dans un grain de sable - dans notre galaxie - dans une goutte de sang AE - Activité n°2 : Différencier des objets. Qu’est-ce qui différencie une cellule d’une molécule ? Citer des objets qui tournent autour du Soleil et qui ne sont pas des planètes. La Voie Lactée contient-elle des galaxies ? des nébuleuses ? étoiles, Lune, satellites, planètes, nébuleuses (énormes nuages de gaz ou de poussières, ou tout simplement autres galaxies ou amas de galaxies), comète (gros bloc de poussière et de neige de quelques kilomètres de diamètres, qui possède un noyau (invisible) entouré d’une chevelure (atmosphère de vapeur d’eau) et trois queues (une de vapeur d’eau, une de poussières, une de plasma), étoiles filantes (lumière émise par une météorite, c’est-à-dire un fragment de planète ou de planétoïde qui entre dans l’atmosphère terrestre), la Voie Lactée (qui est simplement une direction où on voit une plus grande quantité d’étoiles appartenant à notre galaxie). L’univers est constitué d’un très grand nombre de galaxies. Notre galaxie est la Voie Lactée. Comme les autres galaxies, elle est constituée d’étoiles (elle en contient 200 milliards), de planètes, d’astéroïdes (petites planètes), de comètes, de nuages de gaz ou de poussières… Excentré, on y trouve le système solaire. Une galaxie est constituée de centaines de milliards d’étoiles, de planètes et d’autres objets. Dimension : 10000000000000000000000 m = 1021 m. Au centre du système solaire se trouve le Soleil ; c’est une étoile, c’est-à-dire une gigantesque sphère de plasma (contenant les éléments hydrogène et hélium) au sein de laquelle se produisent des réactions nucléaires à l’origine de la production de la lumière. Une étoile produit de la lumière grâce à des réactions nucléaires. Rayon : 1Gm = 1000000000 m = 109 m (quelques millions de km) Autour du Soleil gravitent des planètes et des planétoïdes : voir doc. 3 p. 13 Mercure, Vénus, Terre, Mars, ceinture d’astéroïdes, Jupiter, Saturne, Uranus, Neptune, et beaucoup d’objets plus petits (exemple : La ceinture de Kuiper est une ceinture torique comportant entre autres Pluton, et une centaine d’autres objets). Ce sont des corps célestes qui ne produisent pas de lumière mais qui en reçoivent et en diffusent. Leur distance par rapport au Soleil va de ½ à plusieurs centaines d’U.A. 1 Unité Astronomique = 149 millions de km = distance moyenne Soleil-Terre. Mais à plusieurs milliers d’U.A., on trouve encore des poussières, des gaz et des glaçons formant la ceinture de Oort, d’où proviennent sans doute les comètes. Neuf ou plus ? ? ? voir dernières infos ! Une planète tourne autour d’une étoile. Elle ne produit pas de lumière, mais diffuse la lumière issue de l’étoile. Dimension : 1 Mm= 1000000 m = 106 m (quelques milliers de km). Certaines planètes possèdent un ou plusieurs satellites (Jupiter en a 16 au total) ; le satellite naturel de la Terre est la Lune. Un satellite tourne autour d’une planète. Dimension : quelques mètres (satellites artificiels) à quelques milliers de kilomètres (satellites naturels). Rappel : 1 km = 1000 m = 103 m Les plus petits objets visibles à l’œil nu (exemple : grain de sable) ont une taille de l’ordre du millimètre. Dimension : 10-3 m = 1 mm. 1 Physique A : Exploration de l’espace CHAPITRE 1: De l’atome aux galaxies samedi 15 avril 2017 La matière vivante est constituée de cellules. Une cellule contient généralement un noyau cellulaire et une membrane. Chaque cellule joue un rôle bien déterminé dans le fonctionnement de l’individu. Les cellules constituent tous les être vivants. Elles peuvent jouer différents rôles au sein de l’organisme vivant. Dimension : 10-6 m = 1 m. AP : Photo d’une cellule. La matière, vivante ou non, est constituée d’atomes. Souvent, ces atomes sont liés entre eux pour former des molécules. Dans une cellule vivante, il y a des millions de molécules. Une molécule peut contenir de 2 à plusieurs centaines d’atomes. Une molécule est un groupement d’atomes liés entre eux. Dimension : 10-9 m = 1 nm. AP : Schéma d’une molécule. Un atome est un constituant élémentaire de la matière. Il peut se combiner avec d’autres atomes pour former une molécule. Dimension : 10-10 m = 1 Å. L’atome contient un noyau (chargé +) et des électrons (chargés -). Le noyau atomique est la partie centrale d’un atome. Il est constitué de protons et de neutrons. Dimension : 10-15 m = 1 fm. AP : Schéma d’un atome. II. Échelle des longueurs AP : distribuer échelle AE – Activité n°3 : Échelle de dimensions. Placer ces objets sur un axe gradué en puissances de dix. AP : Visualiser le diaporama a) Unités de distance Définition : Une longueur (ou distance) est une grandeur physique. L’unité de longueur, dans le système international (SI) est le mètre (symbole m). Sous unités et conversions à connaître : Kilomètre : 1 K… = 103 … 1 ... = 10-3 K... Mètre : 1 ... = 100 ... 1 ... = 100 ... Millimètre : 1 ...m = 10-3 ... 1 ... = 1035 m... Micromètre : 1 ... = 10-6 ... 1 ... = 106 ... Nanomètre : 1 n... = 10-9 ... 1 ... = 109 n... Picomètre : 1 p... = 10-12 ... 1 ... = 1012 p... Femtomètre : 1 f... = 10-15 ... 1 ... = 1015 f... AE - Convertir : 512 mV en V 3,6 A en A 0,25 kg en g 0,5 m en km b) Ordre de grandeur Définition : En physique, pour donner l’ordre de grandeur d’une donnée, on convertit la donnée dans une unité du Système International, puis on arrondit cette donnée à la puissance de 10 la plus proche. Pour trouver l’ordre de grandeur d’une longueur : 2 Physique A : Exploration de l’espace CHAPITRE 1: De l’atome aux galaxies samedi 15 avril 2017 on l’exprime en mètre (si elle est exprimée avec des multiples ou des sous-multiples du mètre) on cherche alors la puissance de 10 la plus proche. AE = Exemple : Le rayon moyen de l’orbite terrestre vaut 150 millions de kilomètres. Quel est l’ordre de grandeur de la distance Terrre-Soleil ? Corrigé : DT-S = 150 000 000 km = 150 000 000× 103 m = 1,5× 1011 m. L’ordre de grandeur est 1011 m. c) Comparer deux longueurs On souhaite comparer le rayon de la Terre avec la distance Terre-Lune. Lequel est le plus grand ? Combien de fois plus grand ? AE - Exercice : Comparer le rayon de la Terre (6400 km) et la distance Terre-Lune (DTL 384 000 km) Corrigé : Rayon de la Terre : RT 6400 km Distance Terre-Lune : DT-L 3,84 108 m La distance Terre-Lune est supérieure au rayon de la Terre. Rapport entre les deux : DT L 3,84 10 8 m ; soit 60 : La distance Terre-Lune est 60 fois plus grande que RT 6 400 10 3 m le rayon de la Terre. Si on dessine (au tableau) la Terre avec un rayon de 5 cm, la Lune sera à une distance 5×60 = 300 cm (3 m) AP : faire un schéma Remarque : Pour comparer deux longueurs, il faut : les convertir dans la même unité (par exemple en mètres) puis effectuer le quotient de la plus grande valeur par la plus petite. Remarque : L’écriture scientifique d’un nombre est la forme mathématique « a . 10n » où n est un entier relatif et a un nombre décimal compris entre 1 et 10. Elle permet de comparer rapidement deux grandeurs. Devoirs : lire le chapitre 1 du livre. Apprendre « l’essentiel du chapitre ». ex1 p.18 (convertir et classer des longueurs), ex5 p18 (unités, ordres de grandeur) d) Échelle de longueur Exercice d’évaluation des dimensions et des distances. Devoirs: AE : - Exercice : DM : Distances dans l’Univers. Exercice 1 (et 2 ?) Voir fiche d’exercice. Conclusion: Le remplissage de l’espace par la matière est essentiellement lacunaire, aussi bien au niveau de l’atome qu’à l’échelle cosmique : l’intérieur de l’atome est principalement constitué de vide. De même, l’espace extraterrestre est principalement constitué de vide * lacunaire : constitué d’espaces vides. Devoirs : Ex 8 (corr) p19 (schéma des distances entre planètes) ; fiche d’activités « Y a-til de la matière partout dans le système solaire ? » Devoirs : Ex. 2 p18 (conversions) ; 3 p18 (ordres de grandeur et coefficients multiplicateurs) ; 6 (corr) p18 (rayon noyau et atome) ; 7 p18 (ordres de grandeur, choix microscope) 3
