Partie I : Référentiel héliocentrique Partie II : Référentiel
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Thème : Univers Chap. : Le système solaire TP : Les hésitations de Mars 2nde But de l’activité : Comprendre qu’un mouvement est relatif au référentiel d’observation. Pendant plus d’un millénaire, le système de Ptolémée (savant grec du IIe siècle avant Jésus-Christ) permit une construction compliquée de la trajectoire des planètes et plaçait la Terre au centre du monde. C’est seulement au XVIe siècle que l’astronome polonais Nicolas Copernic eut l’idée de considérer le Soleil au centre du cosmos. Nous allons construire le mouvement apparent de la planète Mars dans le système géocentrique de Ptolémée pour le comparer au système héliocentrique de Copernic. Partie I : Référentiel héliocentrique Pour décrire le mouvement des planètes du système solaire, les astronomes utilisent un référentiel appelé référentiel héliocentrique (document 1a). 1. Définir ce qu’est le référentiel héliocentrique. 2. Quelle est la trajectoire (c’est-à-dire le chemin parcouru) de la Terre dans ce référentiel ? Et celle de Mars ? 3. a) Quelle est la distance moyenne dTS de la Terre par rapport au Soleil (en écriture scientifique avec 3 chiffres significatifs) ? Quelle est sa période de révolution TT autour du Soleil (en jours) ? b) En déduire la vitesse moyenne de déplacement de la Terre autour du Soleil, en km/jour. Rappel : la circonférence d’un cercle est donnée par C = 2 r Le schéma donné en annexe montre les positions de la Terre (T) et de Mars (M) par rapport au Soleil, toutes les 3 semaines. 4. D’après le schéma de l’annexe, le mouvement de la Terre est-il uniforme (vitesse constante), accéléré (vitesse qui augmente) ou ralenti (vitesse qui diminue) ? Justifier. Partie II : Référentiel géocentrique On se réfère de nouveau au schéma de l’annexe. 5. Dans quel référentiel est-on placé dans le schéma de l’annexe ? Justifier. On cherche maintenant à connaitre la trajectoire de Mars dans le référentiel géocentrique (document 1b). 6. Définir ce qu’est le référentiel géocentrique. Manipulation Sur un papier calque : Placer 2 axes perpendiculaires partant du centre de la feuille. L’origine des axes sera notée T. Superposer la feuille de calque au schéma de l’annexe, en plaçant l’origine des axes sur la première position de la Terre (T1). Placer le calque de façon à ce que ses bords soient parallèles à ceux du polycopié. Repérer sur le calque la position de Mars au même moment par une petite croix (M1) et celle du Soleil (S1). Déplacer le papier calque afin d’avoir l’origine sur la position de la Terre suivante (T 2), et repérer les nouvelles positions de Mars (M2) et du Soleil (S2). Attention, à ne pas faire pivoter le calque et à garder ces bords parallèles à ceux du polycopié. Faites de même pour chaque nouvelle position de la Terre (jusqu’à T19). 7. Comparer la trajectoire de Mars sur le papier calque avec celle de l’annexe. 8. Comment peut-on expliquer que le centre de Mars puisse avoir deux trajectoires différentes ? 9. Quel type de trajectoire fait le Soleil sur le papier calque ? 10. Est-ce la Terre qui tourne autour du Soleil ou le Soleil qui tourne autour de la Terre ? Partie III : Et nous alors ? 11. Si nous regardons Mars depuis la cour du lycée, sa trajectoire ressemblerait-elle à celle de l’annexe, à celle du papier calque, ou à aucune des deux ? Justifier. Document 1 : Référentiels Un référentiel est un système de coordonnées (3 axes) centré sur un objet et par rapport auquel on repère une position ou un mouvement. Le mouvement « dans le référentiel de » correspond au mouvement « du point de vue » de l’objet central du référentiel. a. Référentiels héliocentrique b. Référentiel géocentrique Document 2 : Le Soleil Description Le Soleil est une étoile de type naine jaune composé essentiellement d’hydrogène (92%) et d’hélium (7,2%). Le noyau central du Soleil est le siège de réactions thermonucléaires transformant l’hydrogène en hélium. La fusion nucléaire libère une quantité d’énergie considérable qui s’échappe à travers la photosphère, la partie visible du Soleil. La photosphère, dont la température est de 5 800°C, est bien moins chaude que le noyau central du Soleil (15 millions de degrés). Infos Diamètre : 1,39106 km Masse : 21030 kg Période de rotation (à l’équateur) : 25,4 jours Document 3 : La Terre Description La Terre est la 3ème planète la plus proche du Soleil. La particularité de la Terre est que sa surface est recouverte à 70% d’eau sous forme liquide ou solide. On n’a jamais observé la présence d’eau liquide en surface d’autres planètes du système solaire. Son atmosphère, composée de 21% de dioxygène, est en perpétuel mouvement. La Terre est géologiquement active. Sa surface est divisée en plaques qui flottent sur un manteau rocheux. Cette mobilité de la surface de la Terre la distingue des autres planètes, mais beaucoup moins que l’existence de la vie, apparue il y a 4 milliards d’années. Infos Diamètre : 12760 km Masse : 6,01024 kg Distance au Soleil : 150 millions de km Satellites naturels : 1 (Lune) Période de rotation (à l’équateur) : 23h56min Période de révolution (autour du soleil) : 365.26 jours Document 4 : Mars Description Mars est la 4ème planète la plus proche du Soleil. L’hémisphère nord est constitué principalement de plaines volcaniques, l’hémisphère sud est parsemé de cratères. Mars offre quelques paysages spectaculaires, comme le plus grand volcan qui s’élève à 26 km d’altitude (3 fois l’Everest) ou Valles Marineris, un système de canyons de 7 km de profondeur, formant en travers de la planète une énorme faille de 4 000 km. Infos Diamètre : 6794 km Masse : 6,41023 kg Distance au soleil : 228 millions de km Satellites naturels : 2 (Phobos et Démos) Période de rotation (à l’équateur) : 24.6 heures Période de révolution (autour du soleil) : 687 jours Annexes
