2nd Phys1 Cours Notre Univers

2nd Phys1 Cours Notre Univers
I- Vers l’infiniment petit.
1. Les atomes.
La matière, en général, est constituée de très petites particules appelées atomes : ce sont « les briques
élémentaires » de la matière. Un atome est constitué d’un noyau et d’un nuage électronique. Le noyau de
l’atome situé au centre a pour ordre de grandeur 1 fm soit 10-15 m. Les dimensions de l’atome sont de l’ordre de
0,1 nm soit 10-10 m.
Application : Le rayon de l’atome d’hydrogène vaut Ra= 5,3.10-11 m et le rayon de son noyau vaut
Rh= 1,2.10-15 m. En supposant le rayon du noyau représenté par une longueur de 1 m, par quelle longueur
devrait-on représenter le rayon de cet atome. (Calcul du rapport). Conclure sur la structure de l’atome.
Ra/Rh= 5,3.10-11/ 1,2.10-15 = 4,4.104 pas d’unité.
Donc le rayon de l’atome est 4,4.104 plus grand que le rayon du noyau, si on a Rh= 1 m alors Ra= 44000 m
soit 44 km. Entre le noyau et la sphère de 44 km (atome) il existe un énorme vide !
On dit que les atomes ont une structure lacunaire : un noyau très petit au centre séparé de l’ensemble des
électrons par beaucoup de vide.
2. Molécule ou cellule.
Les dimensions des molécules sont de l’ordre de 1 nm soit 10-9 m (pour les plus petites)
Les dimensions des cellules, structure de base de la matière vivant, est de l’ordre du µm soit 10-6 m.
II- Vers l’infiniment grand.
1. Le Système solaire.
Il est constitué d’une étoile, le Soleil, autour duquel gravitent 8 planètes, des comètes et des astéroïdes. Ces
objets sont en interaction, puisqu’ils ne s’éloignent pas trop les uns des autres, et sont entourés de vide.
Le Soleil se situe à 150 000 000 de km de la Terre (distance prise comme unité de longueur en astronomie :
1 unité astronomique = 1 U.A = 1,5.108 km = 1,5.1011 m)
Pluton, la « planète » la plus éloignée, est située à 35 UA du Soleil.
Le système solaire, comme l’atome, a une structure lacunaire..
2. Le domaine interstellaire.
Les étoiles, autre que le Soleil, se situent à des distances considérables de la Terre : l’étoile la plus proche du
Système Solaire, Proxima du Centaure, se situe à 40 mille milliard de km, soit 265 000 U.A, ou encore 4,3 a.l.
car pour exprimer ces distances énormes on utilise une autre unité ; l’année de lumière (symbole a.l.).
L’année de lumière est la distance parcourue par la lumière en une année à la vitesse de la lumière dans le
vide. Cette vitesse est c = 3,00.108 m.s–1.
1 a.l. = 9,46.1015 m = 1016 m
Le diamètre de la Voie lactée est d’environ 100 000 a.l. Ces distances sont énormes, il faudrait des milliers
d’années pour parcourir 4,0 a.l. à la vitesse des engins que l’Homme a lancés pour explorer le système solaire !
Les télescopes actuels permettent de voir des galaxies situées à des distances d’environ 1010 a.l. La lumière
qui nous parvient aujourd’hui de ces contrées éloignées de l’Univers a donc été émise il y a 1010 années, c’est-
à-dire au moment du big-bang. Observer loin, c’est regarder ce qui s’est passé il y a longtemps.
3. Le domaine galactique.
Les étoiles sont pour la plupart regroupées en galaxie. Notre Galaxie, dont le système solaire fait partie,
regroupe environ 100 milliards d’étoiles. Vue de la Terre, on l’appelle la Voie Lactée. Elle a aussi une structure
lacunaire.
4. L’univers.
En 1923 Edwin Hubble montre l’existence d’autres galaxies : l’Univers est constitué de centaines de milliards
de galaxie. La plus proche de la nôtre est le Grand Nuage de Magellan situé à 165 000 a.l. (visible depuis
l’hémisphère sud)
Grâce au télescope Hubble nous pouvons observer l’Univers jusqu’à une distance de 15 milliards d’a.l.
L’espace entre les étoiles et les galaxies est surtout constitué de vide : comme pour l’atome, la matière a une
structure lacunaire.