Thème : L`Univers COMPRENDRE LA NATURE DES
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Document élève 1/8 Physique – Chimie Nom : Prénom : Classe : Date : Thème : L’Univers COMPRENDRE LA NATURE DES MOUVEMENTS DANS LE SYSTEME SOLAIRE EFFET D’UNE ACTION SUR LE MOUVEMENT Objectifs : - Comprendre qu’une force peut modifier la valeur de la vitesse et/ou la direction du mouvement d’un corps. Comprendre la nature des mouvements observés dans le système solaire. ACTIVITÉ 1 : Effet de l’action d’un aimant sur le mouvement d’une bille. 1. Expérience et observations Fixer la webcam à l’aide d’un support statif et d’une noix à une cinquantaine de centimètres au dessus de la table sur laquelle la bille en acier sera mise en mouvement. Fixer une cornière inclinée sur la table. Sans lancer la bille, la lâcher depuis l’extrémité haute de la cornière Quelle est la nature de la trajectoire de la bille lorsqu’elle arrive sur la table horizontale ? ……………………………………………………….. Placer l’aimant sur la table près de la sortie de la cornière et recommencer l’expérience (voir photo ci-contre). Décrire les modifications de la trajectoire de la bille en présence de l’aimant. …………………………………………………………………... Recommencer l’expérience précédente en réalisant une acquisition vidéo et l’ouvrir avec le logiciel AVISTEP afin d’obtenir la chrono-ponctuation observée ci-dessous en pointant le centre de la bille à partir du moment où celle-ci est en contact avec la table. (voir la vidéo associée : « billeaimant ») Imprimer le document et tracer la trajectoire à la main sur l’enregistrement. Indiquer le sens du mouvement. La distance parcourue entre 2 photos varie-t-elle au cours du mouvement ? ………………………………………….. © PIERRON 2011 Effet d’une action sur le mouvement (page 1) Document élève 2/8 2. Interprétation Dans quel référentiel étudie-t-on le mouvement de la bille ? ……………………………………………………………………………………………………… . L’action de l’aimant est-elle une action de contact ou une action à distance ? ……………………………………………………... L’action de l’aimant modifie-t-elle la valeur de la vitesse ? ……………………………………………………………………………………………………….. L’action de l’aimant modifie-t-elle la trajectoire de la bille ? ………………………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………………………. Conclusion : Une action mécanique ………………………. la trajectoire d’un corps en mouvement. © PIERRON 2011 Effet d’une action sur le mouvement (page 2) Document élève 3/8 ACTIVITÉ 2 : Etude du mouvement d’un mobile autoporteur sur la table à digitaliser. Comprendre le mouvement des planètes autour du soleil. 1. Expérience Dispositif : On utilise une table à coussin d’air et un objet mobile pouvant tourner autour d’un point fixe qui est la pointe d’un stylo à bille tenu verticalement Un fil relie le point fixe à lobjet mobile. Le support de la caméra est placée sur la table à coussin d’air (voir photo ci-contre). On lance l’objet mobile qui effectue alors un début de mouvement de rotation : c’est la 1ère phase du mouvement. Lancer la vidéo. Après quelques secondes, soulever le stylo, ce qui libère l’objet mobile. C’est la 2ième phase du mouvement qui débute. Après quelques secondes, arrêter la vidéo. A l’aide du logiciel de pointage vidéo AVISTEP, réaliser une chrono-ponctuation en pointant le centre de l’objet. Imprimer le document. Remarque : on peut aussi couper le fil reliant le mobile à son point de rotation à a fin de a première phase (voir la vidéo associée : « mobilefil ») 2. Interprétation Dans quel référentiel étudie-t-on le mouvement du mobile ? …………………………………… 1ère phase du mouvement Quelle est la trajectoire du mobile ? ………………………………………… Comment évolue la vitesse du mobile . ………………………………………… © PIERRON 2011 Effet d’une action sur le mouvement (page 3) Document élève 4/8 Le mobile utilisé permet de simuler le mouvement de la Terre autour du Soleil. Préciser dans ce cas quel est le référentiel ? …………………………………………………………………………………………….. Que modélise l’action exercée par le fil sur le mobile ? ……………………………………………………………………………………………………… …... Cette action du Soleil sur la Terre est-elle une action de contact ou une action à distance ? ……………………………………………………………………………………. Comment appelle-t-on la force qui modélise cette action ? ……………………………………………………………………………………. Quel est, dans ce modèle, le mouvement de la Terre autour du Soleil ? ……………………………………………………………………………………. 2ième phase du mouvement : Quelle est la trajectoire du mobile lorsqu’il est libéré? ………………………………………………………... Comment évolue la vitesse du mobile ? .…………………………………………………………………………………………………… ……... Que se passerait-il si l’action attractive du Soleil sur la Terre disparaissait ? ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………… Conclusion : L’action du Soleil sur une planète permet à cette planète de conserver un mouvement ………………. …… autour du Soleil. à cause de …………………………... © PIERRON 2011 Effet d’une action sur le mouvement (page 4) Document élève 5/8 ACTIVITÉ 3 : Exploration du système solaire Les trajectoires des planètes telluriques autour du Soleil figurent sur la photo intitulée « solairebis » 1. Kepler et le mouvement des planètes autour du Soleil « Johannes Kepler, né le 27 décembre 1571 à Weil der Stadt, près de Stuttgart (Allemagne), mort le 15 novembre 1630 à Ratisbonne, est un astronome célèbre. Il a observé les planètes, étudié et confirmé l'hypothèse héliocentrique de Nicolas Copernic. Il a également découvert que les trajectoires des planètes n’étaient pas des cercles parfaits centrés sur le Soleil mais des ellipses. En outre, il a énoncé les lois (dites lois de Kepler) qui régissent les mouvements des planètes sur leurs orbites. » Pour observer ces mouvements, on utilise le logiciel « Celestia » pour observer et enregistrer les mouvements au sein du système solaire dans le référentiel héliocentrique. Cliquer sur Navigation, puis sur Navigateur de système solaire et sur Soleil puis Aller vers. Cliquer sur Rendu, puis Options et cocher Orbites Planètes et Etiquettes Planètes. S’éloigner du Soleil en utilisant le bouton mollette de la souris Maintenir le clic droit et déplacer la souris en arrière pour changer l’orientation et faire apparaître les orbites des différentes planètes. Régler de façon à observer les orbites des 4 premières planètes dites telluriques, c'est-à-dire ayant un sol dur : Mercure, Vénus, Terre et Mars. Faire défiler le temps en appuyant 6 fois sur la touche « L » du clavier qui accélère 10 fois l’écoulement du temps. La touche K ralentit 10 fois l’écoulement du temps 2. Observation du mouvement de la planète Mercure La trajectoire de la planète Mercure est-elle un cercle centré sur le Soleil ? ………………………………………………………………………………………………………….. Comment évolue la vitesse de Mercure lorsque qu’elle passe le plus près du Soleil (appelé périhélie), puis lorsqu’elle passe le plus loin du Soleil (appelé aphélie)? ………………………………………………………………………………………... L’action du Soleil sur la planète Mercure est-elle la même en tout point de la trajectoire ? ………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………….. 3. Observations des planètes gazeuses S’éloigner du Soleil de façon à observer les orbites des 4 dernières planètes (Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune). © PIERRON 2011 Effet d’une action sur le mouvement (page 5) Document élève 6/8 Faire défiler le temps en appuyant 7 fois sur la touche « L » du clavier (facteur 10 000 000). S’éloigner encore et observer le mouvement des comètes, en particulier la comète de Halley (Dans Rendu, Options, cocher Orbites Comètes et Etiquettes Comètes). 4. Mouvement des planètes On donne quelques caractéristiques du mouvement des planètes Caractéristiques Mercure Venus Terre Mars Jupiter Saturne Uranus Neptune Diamètre (km) 4 878 12 102 12 756 6 794 142 984 120 536 51 118 49 528 45.9 107,4 147,1 206,6 740,5 1 352,6 2 741,3 4 456 69,7 109 152,1 249,2 815,6 1 514,5 3 013,6 4 545,7 0.33 4.87 5.9736 0.642 1 899 568 86.8 102 47.78 35.02 29.78 24.11 13.07 9.66 6.81 5.43 0.24 0.615 1 1.88 11.86 29.46 84 164.79 Périhélie (millions de km) Aphélie (millions de km) Masse (en 1024kg) Vitesse moyenne autour du Soleil (km/s) Période de Révolution (ans) Comment évolue la vitesse de la planète autour du Soleil quand la distance de la planète au Soleil augmente ? ……………………………………………………………………………………………………… ……. Comment évolue la période de révolution de la planète autour du Soleil quand la distance de la planète au Soleil augmente ? ……………………………………………………………………………………………………… …… Pour quelles planètes peut-on dire que la trajectoire est approximativement un cercle ? ……………………………………………………….… © PIERRON 2011 Effet d’une action sur le mouvement (page 6) Document élève 7/8 5. Comment observer la Terre et le système solaire de nos jours ? Depuis maintenant 50 ans, des sondes spatiales sont envoyés vers des planètes plus ou moins lointaines. Remplir le tableau suivant concernant des sondes spatiales ayant réussi leur mission en faisant des recherches sur Internet : Nom de la sonde Luna 3 Départ Retour Astre(s) Exploré(s) Objectif et informations recueillies Oct 1959 Voyager Sept 1977 1 et 2 Galileo Oct 1989 Déc 1995 Magellan Mai 1989 Août 1990 SOHO Déc 1995 Mars Nov 1996 Global Sept 1997 Surveyor Cassini- Oct 1997 Huygens Juil 2004 Mars Express Juin 2003 Déc 2003 Venus Express Sept 2005 © PIERRON 2011 Effet d’une action sur le mouvement (page 7) Document élève 8/8 6. La Terre sous surveillance À l’heure actuelle, plus d’une vingtaine de satellites observent la Terre très précisément. Ils nous transmettent de précieuses informations dans plusieurs domaines. Remplir le tableau suivant concernant des satellites européens en faisant des recherches sur Internet : Nom du satellite Date de mise en service Domaines d’observation Caractéristiques SPOT METEOSAT Application : Observer sur le site de Météofrance une image satellitaire de votre région : couverture nuageuse, etc…. Voir les photos associées sous le vocable « images » © PIERRON 2011 Effet d’une action sur le mouvement (page 8)
