docx - STAO

SNC1D/1P Étude de l’Univers / Exploration spatiale
Activité par les élèves : Comparaison des planètes selon la taille
et la distance par rapport au Soleil
Sujets
Durée
tailles des planètes
différences relatives des orbites planétaires
préparation : 10 min
activité : 20 min
Attentes particulières
SNC1D
A1.10 Tirer une conclusion et la justifier.
D1.2 Décrire les principales composantes de notre système solaire et de l'Univers,
qualitativement et quantitativement, en utilisant la notation scientifique et les unités
appropriées.
D2.4 comparer des propriétés de corps célestes en compilant des données et en les présentant
dans un format approprié (p. ex., comparaison de la composition de deux étoiles à l'aide de
diagrammes circulaires). [AI, C]
SNC1P
A1.10 Tirer une conclusion et la justifier.
D2.2 Compiler une base de données sur des composantes de l'Univers et analyser l'information
retenue. [ER, AI].
D1.2 comparer les caractéristiques (p. ex., gravité superficielle, distance moyenne du Soleil,
atmosphère, nombre de satellites, périodes de révolution et de rotation) des principales
composantes du système solaire
Introduction
Il y a huit planètes dans le système solaire, réparties en deux groupes distincts. Les quatre
planètes proches du Soleil (Mercure, Vénus, Terre et Mars) sont très petites et relativement
proches les unes des autres. Les planètes externes (Jupiter, Saturn, Uranus et Neptune) sont très
grosses et éloignées les unes des autres. L’activité décrite ici utilise une maquette à l’échelle
montrant les grandes différences entre les tailles des planètes et leurs distances par rapport au
Soleil.
Matériel
ruban-mètre de 150 m de longueur
15 fanions
2 petits ballons
2 ballons de taille moyenne
2 gros ballons
2 très gros ballons ou ballons de plage
marqueur
Consignes de sécurité

Avertissez les élèves qui sont allergiques au latex d’éviter de toucher aux ballons.
Marche à suivre
Partie A : Taille des planètes
1.
Avant le cours, gonflez aux dimensions indiquées dans le tableau 1 les ballons qui
représenteront les planètes.
Tableau 1 Dimensions des ballons représentant les planètes
Taille des
Planète(s)
Diamètre à
Taille à
Diamètre des
ballons non
représentée(s)
l’équateur
l’échelle de
ballons
gonflés
(km)
la planète
gonflés (cm)
(cm)
(1 cm =
1000 km)
petit
Mercure
4 879
4,9
5
petit
Mars
6794
6,8
7
moyen
Venus
12 104
12,1
12
moyen
Terre
12 756
12,8
13
gros
Neptune
49 530
49,5
49
gros
Uranus
51 120
51,1
51
très gros
Saturn
120 540
120,5
120
très gros
Jupiter
142 980
143
143
Au début du cours :
2.
Disposez les ballons sans ordre particulier. Posez aux élèves la question suivante :
« Qu’est-ce que ces objets représentent? »
3.
Expliquez les tailles relatives des planètes et demandez aux élèves de nommer les planètes
représentées par chacun des ballons. Posez-leur ensuite les questions suivantes :
a. « Sur quoi vous appuyez-vous? »
b. « Que savez-vous sur les planètes qui vous permet d’associer un ballon à chacune
d’elle? »
c. « Voyez-vous des ressemblances dans les groupes de taille? Y a-t-il, par exemple,
des groupes de deux semblables par la taille? » [Réponse : Mercure et Mars, la
Terre et Vénus, Jupiter et Saturne, Uranus et Neptune.]
4.
Identifiez chaque ballon par sa planète.
Partie B : Distances des planètes
5.
Prédire
Expliquez aux élèves l’échelle employée pour le diamètre des planètes, soit 1 cm =
1000 km. Demandez-leur si cette échelle conviendrait aux distances entre les planètes et
d’expliquer leur réponse. Quelle échelle permettrait de faire tenir le système solaire sur un
terrain de football. Ce pourrait être l’échelle 1 m = 30 000 000 km ou 1 m ≡ 3 × 107 km.
6.
Séparez les élèves en 8 groupes et assignez une planète à chacun d’eau. Facultatif :
Demandez à chaque groupe de calculer le distance entre sa planète et le Soleil en utilisant
l’échelle convenue. Vérifiez les calculs. Si l’échelle utilisée est 1 cm ≡ 300 000 km, les
valeurs sont reproduites au tableau 2.
Tableau 2 Orbites à l’échelle des planètes
Planète
Mercure
Vénus
Terre
Mars
Jupiter
Saturne
Uranus
Neptune
7.
8.
9.
10.
11.
Distance moyenne
du Soleil (km)
5,79 × 107
1,08 × 108
1,50 × 108
2,28 × 108
7,78 × 108
1,43 × 109
2,88 × 109
4,50 × 109
Distance à l’échelle par
rapport au Soleil (m)
(1 m ≡ 3 × 107 km)
1,93
3,61
4,00
7,60
25,9
47,6
95,8
150
Sortez avec la classe sur le terrain de jeu. Plantez à un bout du terrain un fanion pour
indiquer l’emplacement du Soleil. Mesurez à partir de ce point la distance à l’échelle de la
planète la plus éloignée du Soleil, soit Neptune, à 4,50 × 109 km. Plantez un fanion à tous
les 10 m à partir du Soleil. Demandez à chacun des groupes d’indiquer l’endroit où il croit
que sa planète se trouve par rapport au Soleil et aux planètes les plus proches.
Observer
Remettez à chaque groupe une copie du tableau 2 et laissez aux élèves le temps de
déterminer l’endroit où leurs planètes devraient se trouver puis d’y placer les ballons.
Examinez avec les élèves la précision des emplacements et, s’il y a lieu, indiquez-leur les
bonnes distances d’avec le Soleil.
Faites remarquer aux élèves les distances relatives entre les planètes, en particulier, la
proximité des planètes proches du Soleil par rapport aux planètes externes.
Expliquer
Rentrez avec les élèves et analysez et comparez les distances relatives entre les planètes.
Nettoyage
Crevez les ballons et jetez-les à la poubelle. Dégonflez les ballons de plage et rangez-les pour
une utilisation future.
Qu’est-ce qui se produit?
Lorsque les élèves mesurent les distances des huit planètes d’avec le Soleil, en employant
l’échelle appropriée, ils constatent que les quatre planètes telluriques internes (Mercure, Vénus,
Terre et Mars) sont très petites et relativement proches les unes des autres. Les planètes externes
ou géantes gazeuses (Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune) quant à elles, sont très grosses et très
éloignées les unes des autres. Les élèves devraient également garder en mémoire qu’il s’agit
d’une représentation linéaire des distances moyennes des orbites des planètes d’avec le Soleil,
pas les positions réelles des planètes.
Comment ça fonctionne?
Deux échelles sont employées car les orbites planétaires sont très grandes en comparaison avec
les diamètres des planètes. Si l’on employait la même échelle pour les distances et le diamètre
des planètes, la plus grosse planète mesurerait 0,5 cm de diamètre et six des autres planètes
mesureraient moins de 2 mm de diamètre. Par conséquent, afin d’aider les élèves à visualiser les
différences de taille des planètes, on utilise une échelle plus petite.
Suggestions/ conseils pour l’enseignante ou l’enseignant
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Les élèves devraient connaître l’ordre des planètes avant de faire l’activité. S’il y a lieu,
apprenez-leur un moyen mnémotechnique, comme la phrase suivante : Monsieur, vous
travaillez mal, je suis un nouveau.
Dans cette activité, le Soleil est placé à une extrémité du terrain et les planètes sont
disposées en ligne droite. Expliquez aux élèves qu’il ne s’agit pas d’une représentation
fidèle de la réalité. Les élèves déterminent les rayons des orbites, pas les positions réelles
des planètes.
Au lieu des ballons, utilisez des balles (p. ex., balles de ping-pong, de baseball) dont les
dimensions correspondent approximativement à la taille à l’échelle des planètes.
Vous pourriez modifier l’activité pour l’intérieur en demandant aux élèves de concevoir et
de fabriquer une maquette à l’échelle.
Pour évaluer la précision de la maquette, posez la question suivante ; « Les planètes sontelles réellement alignées comme cela? »
Extension/alternative : Demandez aux élèves de dessiner en employant les échelles
appropriées, un diagramme représentant les orbites des planètes. Vous pourriez leur
indiquer le diamètre de chaque planète et sa distance du Soleil et les laisser faire euxmêmes les calculs nécessaires.
Extension : Demandez aux élèves de calculer le diamètre des planètes en utilisant l’échelle
(1 m = 3 × 107 km) utilisée pour les distances d’avec le Soleil. Expliquez pourquoi les
échelles utilisées sont différentes.
Prochaines étapes




Les élèves pourraient, comme suivi de l’activité, rechercher et comparer d’autres propriétés
des planètes, dont la masse, le nombre de satellites, la période de révolution, la rotation, la
composition interne, la gravité, les anneaux et l’inclinaison de l’axe.
Après que les élèves auront examiné quelques-unes des propriétés des huit planètes, dirigez
la discussion sur les autres objets célestes dans le système solaire, notamment la ceinture
d’astéroïdes, les comètes, les météores, les planètes naines et la ceinture de Kuiper.
S’ils comprennent l’échelle utilisée et connaissent les distances entre les planètes, les
élèves seront à même de comprendre les difficultés des voyages dans l’espace. Demandezleur, par exemple, combien de temps mettra un vaisseau spatial voyageant à 30 000 km/h
pour atteindre chacune des planètes externes.
Enrichissement : Demandez aux élèves de fabriquer des maquettes à l’échelle de quelquesunes des étoiles les mieux connues de notre galaxie (p. ex., Polaris, Sirius, Bételgeuse,
Proxima du Centaure).
Ressources supplémentaires
1.
Présentation permettant de comparer visuellement et quantitativement les tailles de
planètes.
http://sciencenetlinks.com/interactives/messenger/psc/Planètesize.html (en anglais
seulement)
2.
3.
National Geographic : Aperçu détaillé d’une activité sur la comparaison des tailles et des
distances relatives des planètes par rapport au Soleil.
http://education.nationalgeographic.com/education/activity/planèteary-size-and-distancecomparison/?ar_a=1 (en angais seulement)
Instructions sur la fabrication d’une maquette du système solaire.
http://www.exploratorium.edu/ronh/solar_system/ (en anglais seulement)