Chapitre 1 De l`atome aux galaxies

Chapitre 1
De l’atome aux galaxies
I. Une grandeur physique : la longueur
I.1. Unit´e
En physique, on s’interesse particuli`erement que l’on peut mesurer. Les grandeurs
physiques les plus courantes sont :
Nom de la grandeur Symbole de la grandeur Unit´e l´egale Symbole de l’unit´e
Longueur L m`etre m
Dur´ee t seconde s
Masse m kilogramme kg
Si le m`etre est bien adapt´e `a la mesure de la taille d’un humain, pour mesurer
l’´epaisseur d’un cheveu ou la distance Terre / Soleil c’est plus difficile... Comment
faire ? Le plus simple : avoir recours aux puissances de 10 !
I.2. Puissances de 10
La taille d’un cheveu est environ 0,0001 m. Comment se repr´esenter cela `a partir
du m`etre ? On remarque que :
0,0001 = 1
10000
L’´epaisseur d’un cheveu est donc dix mille fois plus petit que le m`etre. En mettant
10 000 cheveux cote `a cˆote on obtient une longueur de 1 m.
Trop de z´eros ?
–Rappel : 100= 1 ; 101= 10 ; 104= 10000 : nombre de 0 identique `a l’exposant
10−1= 0,1 ; 10−3= 0,001 : le 1 est aux 3`eme rang apr`es la virgule.
La taille d’un cheveu est 10−4m. Frise des dimensions
p162En fait la taille d’un cheveu n’est pas exactement 10−4m mais plutˆot 6 ×10−5
m. La valeur 10−4m est appel´ee ordre de grandeur de la taille du cheveu. C’est Ex 13,6 p170
la puissance de 10 la plus proche de la taille du cheveu. Les ordres de grandeurs sont
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C.DENIS - 2007- CHAPITRE 1. DE L’ATOME AUX GALAXIES
tr`es utilis´es en physique pour avoir une estimation d’une grandeur physique. Dans
les calculs on utilise les r`egle suivantes :
–R`egles de calcul : 10a×10b= 10a+b; (10a)b= 10a.b ;1
10a= 10−a;10a
10b= 10a−b
I.3. Unit´es d´eriv´es
On peut remplacer certaines puissances par un pr´efixe ansi : 10−2est remplac´e
par le pr´efixe centi not´e : c. On a alors : 10−2m= 1 ×10−2m= 1 cm.
Nom Symbole Valeur en m Rapport au m`etre
Gigam`etre Gm 109un milliard de fois plus grand
Megam`ete Mm 106un million de fois plus grand
Kilom`etre km 103mille fois plus grand
m`etre m 1 ´egal
millim`etre mm 10−3mille fois plus petit
microm`etre µm 10−6un million de fois plus petit
nanom`etre nm 10−9un milliard de fois plus petit
picom`etre pm 10−12 mille milliard de fois plus petit
fentom`etre fm 10−15 un million de milliard de fois plus petit !
II. Faire et ´ecrire une mesure
II.1. R´ealiser une mesure
On mesure l’´epaisseur d’un morceau de sucre `a l’aide de trois instruments : Ex 3 p170 Camera pour
mesure du sucre au bu-
reau TP p 169
– Grande r`egle gradu´ee de 1m : e=1 cm
– Double d´ecim`etre : e=1,1 cm
– Pied `a coulisse : e=1,08 cm
Ces trois mesures ne sont pas contradictoires, pourtant les nombres : 1 ; 1,1 et 1,08
sont diff´erents. En fait on ne connait pas exactement e. Suivant la pr´ecision de
l’instrument, on peut en donner une mesure plus ou moins proche de e.En physique
´ecrire e=1,1 cm ne signifie pas que e vaut exactement 1,1 cm, cela signifie que e est
compris entre 1,05 et 1,15.
Plus la mesure est pr´ecise plus elle utilise de chiffre, ces chiffres sont appel´es
chiffres significatifs. En physique on distingue 1,0 cm et 1 cm !
II.2. Ecriture scientifique et calcul
Il s’agit d’´ecrire la valeur de la mesure sous la forme : a×10n,a est un d´ecimal
comportant le bon nombre de chiffres significatifs et n est un entier relatif.
– Comment calculer des grandeurs physiques ?
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On va mesurer la surface d’une pi`ece de monnaie. On trouve d= 2,18 cm au pied `a
coulisse. On rappelle que S la surface est donn´ee par :
S=π×d2
4
Calculons : S=π×2,182
4= 3,73 cm, il faut mettre 3 chiffres significatifs dans le
r´esultats les autres donn´ees ne sont pas des mesures. Ex : 9 et 30 p170
Dans un calcul, le r´esultat a autant de chiffres significatifs que la mesure la moins
pr´ecise.
II.3. Conclusion
Une mesure ou un r´esultat physique comporte une valeur num´erique avec le bon
nombre de CS et une unit´e. Tout ce qui a ´et´e dit ici pour les longueurs est vrai
pour les autres grandeurs physique que nous allons voir dans la suite.
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Chapitre 2
Lumi`ere et mesure de longueur
I. Information lumineuse TP taille d’un cheveu,
microscope ?
I.1. Propagation de la lumi`ere
Dans le vide, la lumi`ere se propage en ligne droite `a la vitesse de : 3,00×108m/s.
La lumi`ere ´emise par une source lumineuse peut ˆetre consid´er´ee comme un ensemble
de rayon lumineux se propageant en ligne droite. si le milieu est homog`ene
I.2. Voir loin, c’est voir dans le pass´e Ex : 7,15 p 186
D´efinition: Ann´ee lumi`ere : C’est la distance parcouru par un rayon lumineux
pendant une dur´ee de 1 an. Activit´e p 182
II. Ombre et mesure de longueur
La taille de notre ombre varie au cours de la journ´ee. Quelle lien existe-t-il entre
la taille de notre ombre et notre taille ? Thal`es a r´epondu `a cette question, il a plus
de 2000 ans ! Activit´e p 184
R´eponses aux questions :
1. Thal`es cherche `a mesurer la hauteur de la pyramide.
2. A un moment pr´ecis de la journ´ee, les ombres sont ´egales `a la taille des objets.
3. Figure avec rayons inclin´es de 45˚, ainsi BO =BO′.
4. Oui, la mesure peut s’effectuer pour toute inclinaison des rayons lumineux en
utilisant le th´eor`eme de Thal`es.
Taille de Thal`es
Hauteur de la pyramide =BO BO′
5. Oui, il s’agit de la m´ethode de vis´ee : Mesure de la taille du
batiment
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C.DENIS - 2007- CHAPITRE 2. LUMI` ERE ET MESURE DE
LONGUEUR
H
h
règle graduée
Oeil
d
D
Fig. 2.1 – M´ethode de vis´ee
D’apr`es le th´eor`eme de Thal`es, on a :
d
D=h H
Ainsi si on vise un batiment, on mesure d, D et h directement. Par le calcul on Ex : 25 p190
atteint H selon :
H=D×h
d
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