LES OUTILS POUR DECRIRE L`UNIVERS I. Les objets de l`Univers.

Seconde_Thème 1_L’UNIVERS
AE 1_Les outils pour décrire l’Univers
M.Meyniel 1/2
LES OUTILS POUR DECRIRE L’UNIVERS
Objectifs : - Savoir décrire l’Univers de l’échelle de l’atome à celle des galaxies.
- Utiliser les outils mathématiques nécessaires à cette description.
I. Les objets de l’Univers.
Document 1 :
12 objets de l’Univers
et leur dimension
Document 2 : L’écriture scientifique
Afin de ne pas écrire une multitude de zéros inutilement, il convient de simplifier les écritures en utilisant la
notation scientifique qui est l’écriture d’un nombre sous la forme d’un produit comme suit :
Notation scientifique : a x 10n ou a.10n avec 1 ≤ a < 10 et n positif ou négatif
Document 3 :
Multiples et sous-multiples du mètre
Document 4 : L’ordre de grandeur
L’ordre de grandeur correspond à la puissance de 10 « la plus proche » d’un nombre.
 6 371 km
 1021 m
 20 milliards de km
 500 m
 10-18 m
 10 cm
 10-15 m
 0,2 mm
 1 nm
 10-10 m
 5.10-5 m
 10 m
5
1
10
a<5
a≥5
10n
10n+1
Ainsi pour le nombre « a.10n » : si a < 5, l’ordre de grandeur vaut : 10n
si a ≥ 5, l’ordre de grandeur vaut : 10n+1.

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L’Univers est tout ce qui existe. Il comporte des objets extrêmement petits, comme les atomes, ou
extrêmement grands, comme les galaxies. Dans notre environnement proche, les tailles des objets et les
distances sont généralement à l’échelle humaine : quelques mètres, quelques kilomètres ou quelques
millimètres.
Pour décrire l’Univers, il est nécessaire d’avoir une idée précise des dimensions relatives des objets qui le
constituent.
a. Proposer différentes stratégies permettant d’associer à chaque objet sa longueur ? ANA
b. Quelles difficultés peuvent être alors rencontrées ? VAL
c. Associer à chaque objet sa longueur. REA
d. Ecrire les 12 dimensions au format scientifique. REA
e. Convertir ces dimensions en mètre en conservant la notation scientifique. REA
II. Les deux infinis ?
Document 5 : Vers l’infiniment petit
Pour exprimer les dimensions de notre Univers, les physiciens utilisent souvent leur ordre de grandeur.
Commençons par nous : notre taille a un ordre de grandeur de 1 m. Il est bien inférieur à celui du rayon de la Terre
qui, avec une valeur de 6 400 km environ, a pour ordre de grandeur 107 m. Nos cellules, dont les dimensions sont
environ cent mille fois inférieure à la nôtre, renferment notre patrimoine génétique. L’ADN, dont la double hélice a
une largeur de l’ordre du nanomètre, est molécules constituée d’atomes ayant des dimensions dix fois plus petites.
Le noyau atomique, de taille cent mille fois plus modeste, est composé de protons et neutrons, eux-mêmes
constitués de quarks dont on ne connaît pas encore exactement la taille.
D’après Livre de 2nde Physique-Chimie, collection Hélium, Hatier.
Document 6 : Vers l’infiniment grand
Le télescope Gaia, construit par l’ESA, Agence Spatiale Européenne, a été lancé en décembre 2013 afin de
mesurer avec une très grande précision, la position et la vitesse de près d’un milliard d’étoiles de notre galaxie.
Notre étoile, le Soleil, d’un diamètre d’environ 1390 Mm, est au centre du système solaire, d’une dimension voisine
de 20 milliards de kilomètres. Des observations antérieures nous ont montré que notre étoile est cependant bien
petite devant la taille de notre galaxie, la Voie lactée, estimée à 1,04.1021 m. A l’heure actuelle, la galaxie
d’Andromède est notre plus proche voisine, et pourtant si l’on modélisait notre galaxie par un cercle de 1 m de
diamètre, Andromède se trouverait sur un cercle de 20 m de diamètre.
D’après Livre de 2nde Physique-Chimie, collection Hélium, Hatier.
a. Exprimer le diamètre du Soleil sous la notation scientifique en mètre. REA
Calculer le rapport du diamètre du système solaire par rapport à celui du Soleil. REA
Pourquoi dit-on alors que la structure de l’Univers est lacunaire ? ANA
b. Déterminer le rapport entre le diamètre d’un atome et celui de son noyau. Conclure. ANA
c. Que peut-on dire du remplissage de l’espace par la matière, du noyau de l’atome aux galaxies ?
VAL
d. En explicitant bien la démarche, déterminer l’ordre de grandeur de la distance entre notre galaxie
et celle d’Andromède. VAL COM