Science et technologie M. Marsolais Module 1 : La Terre et l`espace

Science et technologie
M. Marsolais
Module 1 : La Terre et l’espace
Cahier d’étude pour l’examen de fin de 1ere étape
1. La naissance de notre système solaire
1.1. Lecture des pages 356 à 362 du livre Exploration
1.2. Questions p. 362 du livre Exploration
1.3. Classe inversée : Vidéo « La naissance du système solaire »
dans le module 1 sur mon site (www.profmarsolais.com)
2. Le « Big Bang »
2.1. Lecture et exploration des pages 25 et 35 dans le livre
Exploration
2.2 Classe inversée : Vidéo « Le Big Bang » dans le module 1 sur
mon site.
2.3. La relative grandeur de l’Univers. Classe inversée : Deux
vidéos sur « Les dimensions de l’Univers » dans le module 1
sur mon site.
3. Mesurer les distances dans l’Univers
3.1. La parallaxe, page 22 du livre Exploration
3.2. Le Radar, page 23 du livre Exploration
4. Le cycle des jours et de nuits
4.1. Lecture p.363 du livre Exploration
5. Le cycle des saisons
5.1 Lecture des pages p.364 et 365
5.2 Classe inversée : Deux vidéos sur « Ce qui cause les saisons »
dans le module 1 sur mon site.
5.3 Pourquoi fait-il plus chaud à l’équateur et plus froid au pôles,
lecture p.366
6. Les aurores polaires
6.1 Lecture p.367
7. Les météorites et les étoiles filantes
7.1 Lecture p. 368 à 370
8. Question synthèse du chapitre
8.1. Question p. 371 dans le livre Exploration
9. La gravité
9.1 Lecture p. 11 et p.355
9.2 Questions p. 355
9.3 Powerpoint sur mon site.
10. La lumière et le spectre électromagnétique
10.1 L’absorption, la réflexion
10.2 Les couleurs de l’arc-en-ciel
10.3 La lumière « visible » et les ondes « invisibles »
10.4 Lecture pages 349 à 354 du livre Exploration et Powerpoint sur
mon site
11. Les phases de la lune et les éclipses
11.1 La lune, les phases de la lune et les éclipses, lecture pages 372 à
375 du livre exploration
Notes complémentaires :
Chapitre 1
Les étoiles
Lors de l’introduction en classe, tu as vu un ciel étoilé (réfère-toi au Powerpoint
« Introduction à notre univers » disponible sur mon site) que tu as peut-être observé
pendant l’été. Tu as appris que les étoiles sont des boules géantes de gaz (hydrogène) en
fusion qui émettent de la lumière et de l’énergie.
Notre soleil est une étoile.
En tes mots, dis pourquoi les étoiles qui brillent la nuit ne nous éclairent pas comme le
soleil qui lui aussi est une étoile :
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Donc, notre soleil est très brillant parce qu’il est relativement
proche de notre planète. Tout est donc une question de distance.
La vitesse de la lumière
Nous avons vu en classe que les particules de lumière n’arrivent pas instantanément à nos
yeux. Les particules de lumière (photons) doivent « voyager » dans l’espace avant que
nous puissions les voir. Les photons sont très rapides, ils voyagent à 300 000 km par
seconde, ce qui représente un peu plus de 1 milliard de km à l’heure ! C’est ce qu’on
appelle « la vitesse de la lumière ».
Cela paraît très rapide, mais il ne faut pas oublier que les distances dans notre univers
sont énormes. C’est pour cette raison qu’on peut dire que le ciel étoilé est une machine à
remonter dans le temps. En effet, les particules de lumière que nous voyons ont parcouru
des distances incroyables ce qui peut leur avoir pris de quelques années à des millions
d’années selon qu’elles viennent d’étoiles proches ou éloignées de nous. Même la
lumière de notre propre soleil est déjà « vieille » de 8,3 minutes lorsque nous la recevons
sur notre planète.
La lumière de notre soleil doit parcourir 150 000 000 km
avant d’arriver sur Terre.
Les photons voyages à 300 000 km/s et parcourent 150 000 000 km. Donc :
150 000 000 divisé par 300 000 = 500 secondes.
Comme il y a 60 secondes dans une minute, 500 secondes divisées par 60 = 8,3 minutes.
Les photons émis par notre soleil et qui voyagent à « la vitesse de la lumière » prennent
8,3 minutes avant d’arriver sur Terre.
En classe, nous avons aussi comparé la vitesse de la lumière à la vitesse du
son. Nous avons appris que le son est relativement lent par rapport à la
lumière. En effet, le son « voyage » à 0,340 km/s comparativement à
300 000 km/s pour la lumière. Un bon exemple qui illustre cette différence
de vitesse peut être perçu lors d’un orage. Nous allons voir l’éclair (la
lumière) en premier et nous entendrons le son ensuite (et la différence peut
être de plusieurs secondes selon la distance qui nous sépare de l’éclair).
Comment pouvons-nous faire pour savoir si un orage se rapproche ou
s’éloigne de nous ?
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Les distances dans notre système solaire
En classe, tu as appris que la distance entre le soleil et la Terre (150 000 000 km) est
appelée 1 unité astronomique.
Tu as vu que les planètes de notre système solaire se situent à différentes distances par
rapport au soleil.
Lors d’une première activité en classe, tu as dû respecter
l’échelle des distances en unités astronomiques et placer
toutes les planètes sur une longue bande de papier.
Qu’as-tu remarqué ? : _____________________________
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Prolongement de l’activité. À l’aide de papier quadrillé,
reproduis notre système solaire à l’échelle (en utilisant les
données suivantes).
Tu dois illustrer le soleil à l’extrême gauche de ta feuille. Ensuite tu dois choisir une
bonne échelle qui te permettra d’illustrer toutes les planètes en respectant les réelles
distances. Voici les distances en unités astronomiques que tu dois respecter :
Planète
Distance du soleil en unités astronomiques
Mercure
0,39
Venus
0,72
Terre
1,00
Mars
1,52
Jupiter
5,20
Saturne
9,54
Uranus
19,14
Neptune
30,06
Pluton
39,53
L’Univers
Notre système solaire n’est qu’un système parmi 200 milliards de soleils dans notre
galaxie qu’on appelle la “voie lactée”. Notre voie lactée n’est qu’une galaxie parmi 150
milliards de galaxies dans l’univers. Si nous devions représenter combien il y a de
différentes étoiles (soleils) dans l’univers en utilisant des grains de sable, il n’y aurait pas
assez de sable sur Terre pour illustrer toutes les étoiles. On peut en effet dire que
l’univers est très, très, grand !
Le cycle des jours et des nuits sur Terre
Il y a des cycles de jours et de nuits sur Terre en raison de la rotation terrestre, ce qui
signifie que la Terre tourne sur elle-même sur son axe.
Les saisons
Il y a des saisons sur Terre parce que la planète est inclinée sur son axe à un angle de 23,5
degrés par rapport au Soleil. Les rayons du soleil sont à 90 degrés à l’équateur lors de
l’équinoxe de printemps (21 mars) et de l’équinoxe d’automne (23 septembre). Les
rayons du soleil sont à 90 degrés au tropique du Cancer lors du solstice d’été de
l’hémisphère Nord (21 juin). Les rayons du soleil sont à 90 degrés au tropique du
Capricorne lors du solstice d’hiver de l’hémisphère Nord (22 décembre).
Phases de la lune
Les phases de la lune sont causées par l’angle de la position de la lune par rapport à la
Terre, ainsi le soleil n’illuminera que certaines parties de la lune. Il y a 8 phases de la
lune. La lune peut être croissante, c’est-à-dire qu’elle devient plus grande, ou
décroissante, c’est-à-dire qu’elle devient plus petite. Une nouvelle lune signifie que la
partie éclairée de la lune n’est pas visible (on ne peut pas voir la lune). Une pleine lune
signifie que la lune est complètement visible.
Comment calculer les distances entre les planètes et les étoiles
Il existe 2 méthodes : La parallaxe (qui utilise deux points de vue et forme un triangle
afin d’établir les distances avec des équations mathématiques) et l’autre méthode est le
radar (qui envoie des ondes qui rebondissent).
Distance entre la Terre et la Lune
La Terre est une planète et elle possède un satellite naturel qui « tourne » autour d’elle
qui s’appelle la Lune. La Lune est-elle loin de la Terre ? Dans une deuxième activité en
classe, une balle de Tennis représentait la Terre et une balle de Ping Pong la Lune (la
Lune est environ 6 fois plus petite que la Terre, donc la comparaison balle de Tennis et
balle de Ping Pong l’illustre assez bien). Dans la réalité, la distance entre la Terre et la
Lune est environ de 375 000 km.
Recherche sur Internet :
Qui a marché pour la première fois sur la Lune, quand cela a-t-il eu lieu et
quelles sont les paroles historiques prononcées par cet astronaute ? Quel
était le nom de la mission ?
La lumière
Réfère-toi à ton manuel « Explorations » des pages 349 à 354. Nous avons vu en classe
que la lumière solaire est essentielle à la vie sur Terre car elle est absorbée par les
plantes et leur permet de fabriquer de la nourriture au cours de la photosynthèse. La
Terre absorbe la moitié de la lumière solaire qu’elle reçoit et le reste est réfléchi dans
l’espace.
Un objet qui absorbe la lumière emmagasine de l’énergie. Plus l’intensité de la lumière
est grande, plus la surface absorbera d’énergie. Ainsi, une voiture stationnée alors que le
soleil est très « fort » deviendra très chaude à l’intérieur, tandis que la même voiture sera
beaucoup moins chaude par temps nuageux.
Tu as fait une activité en classe sur la lumière. Remplis bien ton cahier (labo)
d’observation et explique ce qui arrive à la lumière lorsqu’elle rencontre une surface
transparente, opaque ou translucide. Tu dois bien comprendre la différence entre
absorption et réflexion (réfère-toi à ton livre p.351).
Les couleurs et l’absorption.
Chandail noir (ou d’une couleur foncée)
Chandail blanc (ou d’une couleur pâle)
En sachant que les objets d’une couleur foncée réfléchissent peu la lumière (ils en
absorbent la plus grande partie et ils émettent ensuite l’énergie absorbée sous forme de
chaleur – phénomène de corps noir- ) tandis que les objets clairs réfléchissent la majeure
partie de la lumière, lequel des chandails ci-dessus porterais-tu un jour ensoleillé du mois
de juillet ?
La lumière nous paraît blanche, mais en réalité elle est composée de
plein de couleurs. C’est Isaac Newton en 1666 qui a démontré que la
lumière blanche était composée de
différentes couleurs. La série de
couleurs contenue dans la lumière
blanche s’appelle le spectre visible
des couleurs. L’arc-en-ciel est un
bon exemple du spectre visible des
couleurs.
Un prisme triangulaire permet de séparer la lumière blanche.
La lumière visible est une onde
Comme tu le verras plus tard avec le spectre électromagnétique, la lumière visible est non
seulement composée de plusieurs couleurs, mais elle est aussi une onde. Qu’est-ce
qu’une onde ? Ce sont des « vagues » invisibles qui ondulent dans l’espace et dans notre
atmosphère. Voici comment on peut illustrer ce qu’est une onde :
1. Imagine un lac ou un étang qui est complètement
calme. Sa surface est comme un miroir, et on va supposer
qu’il n’y a aucune vague ou aucune « onde ».
2. Imagine maintenant qu’on jette un caillou dans l’eau,
l’impact dans l’eau va provoquer des « vagues » ou une
onde de choc.
3. Le résultat de cet impact causera une onde à
la surface de l’eau qu’on peut voir sous forme
de petites « vagues ».
La lumière visible est une série d’ondes (ou de « vagues ») qui voyagent dans notre
atmosphère (dans l’air). En fait, les « vagues » de la lumière visible sont très
nombreuses, si on pouvait les transposer sur la surface de l’eau, ce serait comme s’il y
avait 100 000 000 000 000 petites « vagues » qui passaient devant nous à la seconde.
Le spectre électromagnétique
La lumière blanche n’est pas le seul rayonnement émis par le soleil (voir p. 354 livre).
Comme
tu peux le
voir sur le tableau du spectre électromagnétique, les ondes que capte ta radio sont
beaucoup plus longues (le nombre de « vagues » sont moins nombreuses, les ondes radios
font environ 1 000 000 petites « vagues » à la seconde) que la lumière visible.
Validation de compréhension : Regarde bien le spectre électromagnétique, quels ondes
ont le plus de « vagues », les microondes de ton four à microondes ou les ondes de la
machine à rayons X chez le dentiste ?
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La loi de la gravitation universelle
En 1687, Isaac Newton a découvert comment une force invisible attire les objets vers le
centre de la Terre. Il s’agit de la loi de la gravitation universelle et selon cette loi, tous
les objets de l’univers s’attirent mutuellement. La grandeur de cette attraction dépend
de deux choses :
- La masse de l’objet.
- La distance qui les sépare.
Masse d’un humain moyen : 0,05 tonne
(La Terre est attirée par l’humain)
(l’humain est attiré par la Terre)
Masse de la Terre :
6 000 000 000 000 000 000 000 tonnes
Distance entre les deux : Collés l’un sur l’autre.
Aussi la Terre et la Lune s’attirent mutuellement.
Distance entre les deux : Environ 375 000 km.