balade dans l`univers

ACTIVITÉ SECONDE THÈME UNIVERS/ DESCRIPTION DE L’UNIVERS AC 7 P PAGE 1 / 4 CH. I UNE PREMIÈRE PRÉSENTATION DE L’UNIVERS I. DE L’INFINIMENT PETIT À L’INFINIMENT GRAND a) Les objets de l’univers But : avoir une idée précise des dimensions relatives des objets qui le constituent. Depuis l’invention du télescope et du microscope au cours du XVIIè siècle, les scientifiques disposent d’outils de plus en plus performants pour observer les très grands comme les très petits objets. Partons à la découverte de l’étendue des longueurs dans l’Univers. Questions 1/ Classer ces 12 objets, du plus petit au plus grand 2/ Que faut-­‐il faire pour associer à chaque objet sa longueur ? ....................................................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................................................... Dimension Dimension Objet Ordre de notation scientifique (m) en m grandeur 12750 km 1021 m 12 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 µm 3/ Ordre de grandeur L’ordre de grandeur d’une valeur est la puissance de dix la plus proche de cette valeur l’ordre de grandeur permet d’avoir une idée de l’importance d’une grandeur sans trop se soucier de la précision Méthode : 1/ écrire la valeur en notation scientifique sous la forme a.10n 2/ Arrondir le nombre a -­‐ si le nombre 0< a,< 5, on arrondi le nombre a à 1 l’ordre de grandeur de la valeur est égal à 1.10n = 10n -­‐ si le nombre 5 ! a,< 10, on arrondi le nombre a à 10 l’ordre de grandeur de la valeur est égal à 10.10n = 10n+1 Compléter la dernière colonne du tableau précédent en plaçant les ordres de grandeurs de tous les objets II BALADE DANS L’UNIVERS Le film Les puissances de 10, réalisée en 1977 par le couple de designers américains Charles et Ray Eames, propose un voyage de l’infiniment petit à l’infiniment grand. Au début du film apparaît un carré de côté égal à 1 m. Toutes les 10 secondes, ce coté est multiplié ou divisé par 10 afin de parcourir l’échelle des longueurs des différents objets qui peuplent l’Univers. Ainsi, le carré englobe les orbites des planètes du système solaire lorsque son côté est égal à 1013 m (doc1). Il contient un atome si son côté vaut 10-­‐10 m (doc 2). Question 1 a) Quelle est la dimension du carré contenant le noyau atomique ? ....................................................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................................................... b) Quelle est la dimension du carré englobant l’univers tout entier ? ....................................................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................................................... c) Si l’on se déplace d’un facteur 10 toutes les secondes, quelle est la durée du voyage qui nous permet de balayer l’ensemble du domaine des distances connues ? ....................................................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................................................... Question 2 a) Combien de carrés vont défiler dans le film pour passer : −
de l’atome au noyau ? ....................................................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................................................... −
de la Terre au système solaire ? ....................................................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................................................... −
du système solaire à la première étoile ? ....................................................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................................................... b) La matière est-­‐elle répartie de manière égale dans l’univers ? Préciser votre réponse. ....................................................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................................................... III APPRÉHENDER LES DIMENSIONS D’OBJETS DANS L’UNIVERS 1. Estimer des longueurs a. Tenter d'attribuer dans la première ligne du tableau ci-­‐dessous, sans aide, une valeur approximative aux longueurs suivantes : distance de la rayon d'un rayon de la distance Terre-­‐ distance Terre-­‐
longueur d'une Terre à la galaxie objet atome Terre Lune Soleil cellule végétale la plus proche d'hydrogène de la nôtre Valeurs proposées Valeurs correctes b. Rechercher ensuite les valeurs correctes en utilisant toutes les ressources disponibles et les placer dans seconde ligne du tableau c. Voici ci dessous les réponses données à la question a. par un élève : Pour savoir si une réponse donnée par l’élève est une estimation acceptable, on remplace cette réponse et la réponse exacte par leur ordre de grandeur : si les deux ordres de grandeur sont égaux, la réponse est une estimation acceptable. L’ordre de grandeur d’un nombre est la puissance de 10 qui en est « la plus proche ». distance de la rayon d'un rayon de la distance Terre-­‐ distance Terre-­‐
longueur d'une Terre à la galaxie objet atome Terre Lune Soleil cellule végétale la plus proche d'hydrogène de la nôtre Valeurs 6 000 km 30 000 km ; 20 millions km 100 μm 2×10-­‐10 5×1019 km proposées Ordre de grandeur Juger de cette façon chacune des réponses données par cet élève. Problème 2 Comment représenter des objets très petits ou très grands à l’échelle humaine, pour les visualiser plus facilement ? Si une balle de ping-­‐pong représentait le noyau de l’atome d’hydrogène, l’atome entier, représenté à la même échelle, tiendrait-­‐il dans un gymnase ? 1. Raisonner a. O bjets d e p etites t ailles. Le r ayon d 'un n oyau d e l 'atome d 'hydrogène e st rn = 1,0 × 10-­‐15 m. Son électron se trouve le plus souvent à la distance ra = 5,3 × 10-­‐11 m du noyau. Le rayon d'une balle de ping-­‐pong est R = 2,0 cm. Calculer à quelle distance D de la balle il faudrait placer une bille représentant l'électron pour répondre à la question du document 3. .................................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................................... b. o bjets d e g randes t ailles. Si la balle de ping-­‐pong devait représenter la Terre, à quelle distance faudrait-­‐il placer une bille représentant la Lune ? .......................................................................................................................................................................................... .......................................................................................................................................................................................... .......................................................................................................................................................................................... .......................................................................................................................................................................................... .......................................................................................................................................................................................... .......................................................................................................................................................................................... 2. Conclure Pourquoi peut-­‐on dire que le remplissage de l’Univers par la matière est lacunaire tant à l’échelle de l’atome qu’à l’échelle cosmique ? .................................................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................................................................... ......................................................................................................................................................................................................