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© Éditions Belin, Physique-chimie 2e, 2014.
ExErcicEs supplémEntairEs
13. Présentation de l’Univers • 1
1 Échelles de représentation
[ Mobiliser ses connaissances • Exploiter un schéma • Valider une information ]
rnoyau
ratome
Un atome Double hélice d’ADN
Jupiter Soleil
Les diamètres des objets représentés sont : 1,4 Gm ; 2,0 nm ;
0,14 Gm ; 288 pm.
1. Attribuer à chaque objet son diamètre.
2. Exprimer la valeur de chaque diamètre en m en utilisant l’écri-
ture scientifique.
3. Donner l’ordre de grandeur en m de chaque diamètre.
4. Pour chaque objet, mesurer la longueur de la flèche représen-
tant le diamètre et en déduire l’échelle de représentation.
5. Avec l’échelle de représentation du Soleil, quelle est la taille
réelle de la sphère la plus grande que l’on peut dessiner sur une
feuille A4 ?
2 Les nanotechnologies
[ Mobiliser ses connaissances • Extraire l’information • Faire un calcul • Valider une
information ]
Les avancées technologiques permettent aujourd’hui de synthéti-
ser des nanoparticules, objets dont au moins une des dimensions
est comprise entre 1 nm et 100 nm. Ces objets manifestent des pro-
priétés inattendues mises à profit dans le domaine médical, textile,
cosmétique, électronique, etc.
En médecine, avec les chimiothérapies actuelles, les principes
actifs du médicament peuvent être libérés loin du site d’action visé,
perdant ainsi de leur efficacité et risquant d’entraîner des effets
secondaires toxiques pour des zones saines de l’organisme.
La mise au point de vecteurs de médicaments de taille nanomé-
trique, ou nanovecteurs, est une solution envisagée : il s’agit de
nanoparticules transportant un principe actif et capable de se
diriger vers la cellule malade et d’y pénétrer.
Les nanoparticules sont également incorporées dans de nombreux
produits commerciaux dont elles améliorent les performances.
© ComstoCk/stoCkbyk/thinkstoCk© nAsA © ComstoCk/stoCkbyk/thinkstoCk© soho (nAsA & esA)
Cependant, elles peuvent être à l’origine de nouveaux risques sani-
taires pour l’homme : leur petite taille leur permet de pénétrer jusque
dans les cellules de l’organisme humain où elles peuvent induire des
effets toxiques, en fonction de leur nature, forme et taille.
Les nanotubes de carbone sont parmi les premières nanoparticules
mises au point, dont le diamètre interne varie de 0,6 à quelques nm
et la longueur de 100 nm à quelques mm.
Diamètre : 1,5 nm – Longueur : 2,5 µm
© ollAweilA/istoCk/thinkstoCk
taille
0,1 nm 1nm 10 nm 100 nm 1 µm 10 µm
Atome molécule protéine Virus Bactérie Cellule
1. Que signifie le préfixe « nano » ?
2. Placer la légende « objets nanométriques » dans l’échelle ci-
dessus.
Peut-on considérer un objet nanométrique comme un assem-
blage d’atomes ? Justifier.
3. Justifier que les nanotechnologies sont des technologies du
milliardième de m au cent millionième de mm.
4. Quels sont les intérêts des nanoparticules et quels dangers
peuvent-elles représenter ? Justifier
5. Justifier qu’un nanotube est une nanoparticule.
6. Peut-on observer un nanotube à l’œil nu ? Justifier.
7. Donner les dimensions du nanotube en écriture scientifique
et en m.
8. Comparer les deux dimensions du nanotube. Quelle serait la
longueur du nanotube si son diamètre valait 1,0 m ?
9. La jonction entre deux neurones est 0,000 03 mm : peut-on rétablir
une connexion défaillante entre deux neurones avec un nanotube ?
3 Durée d’un voyage dans la Galaxie
[ Réaliser uncalcul • Valider une information ]
La valeur de la vitesse que doit posséder le dernier étage d’une
fusée, pour mettre un satellite en orbite autour de la Terre, est de
8,0 km · s–1. L’étoile la plus proche, Proxima du
Centaure, est située à 4,3 a.l.
1. Calculer le rapport entre la vitesse de la lumière dans le vide
et la vitesse de la fusée.
2. On imagine que la fusée se rend à Proxima du Centaure selon
une trajectoire rectiligne, avec la vitesse indiquée. Quel serait le
rapport entre la durée du voyage en fusée et la durée mise par la
lumière sur le même trajet ?
3. En déduire la durée du voyage, exprimée en années.
Présentation
de l’Univers
1
7
C
h
a
p
i
t
r
e
13

© Éditions Belin, Physique-chimie 2e, 2014.
ExErcicEs supplémEntairEs
13. Présentation de l’Univers • 2
Corrigés
1 Échelles de représentation
[ Mobiliser sesconnaissances (APP) • Exploiter un schéma (REA) • Valider une
information (VAL) ]
1. [APP] 1,4 Gm : diamètre du Soleil
0,14 Gm : diamètre de Jupiter.
2,0 nm : diamètre de l’ADN
288 pm = 0,288 nm : diamètre de l’atome.
2. [REA] 1,4 Gm = 1,4 × 109 m ;
0,14 Gm = 1,4 × 108 m ; 2,0 nm = 2,0 × 10–9 m ;
288 pm = 2,88 × 10–10 m.
3. [REA] L’ordre de grandeur en m de 1,4 Gm = 1,4 × 109 m est
109 m ;
L’ordre de grandeur en m de 0,14 Gm = 1,4 × 108 m est 108 m.
L’ordre de grandeur en m de 2,0 nm = 2,0 × 10–9 m est 10–9 m.
L’ordre de grandeur en m de 288 pm = 2,88 × 10–10 m est 10–10
m.
4. [REA] Le diamètre du Soleil est représenté par une flèche de
2,8 cm. L’échelle de représentation est donc :
eD
D
1
2
9
11
28 10
14 10 20 10==
×
×
=×
−
−
schéma
réel
,
,,
m
m
Le diamètre de Jupiter est représenté par un flèche de 2,4 cm.
L’échelle de représentation est donc :
eD
D
2
2
8
10
24 10
14 10 17 10==
×
×
=×
−
−
schéma
réel
,
,,
m
m
Le diamètre de la double hélice d’ADN est représenté par une
flèche de 2,1 cm. L’échelle de représentation est donc :
eD
D
3
2
9
7
21 10
20 10 10 10==
×
×
=×
−
−
schéma
réel
,
,,
m
m
Le diamètre de l’atome est représenté par une flèche de 4,7 cm.
L’échelle de représentation est donc :
eD
D
4
2
10
8
30 10
2881010 10==
×
×
=×
−
−
schéma
réel
,
,,
m
m
5. [REA, VAL] La sphère la plus grande sur une feuille A4 aura un
diamètre d de 21 cm, correspondant à un diamètre réel :
′== ×
×
=× =
−
−
dd
e1
2
11
9
21 10
20 10 10 10 1
,
,,
m
m
mG
m.
2 Les nanotechnologies
[ Mobiliser ses connaissances (APP) • Extraire l’information (APP) • Faire un calcul (REA)
• Valider une information (VAL) ]
1. [APP] Le préfixe nano représente 10–9.
2. [APP] L’une des dimensions d’un objet nanométrique peut
s’étendre de 1 nm jusqu’à 100 nm. On place la légende « objet
nanométrique » entre la taille d’un atome et celle d’un virus.
On peut considérer un objet nanométrique comme un assem-
blage d’atomes puisque 1 nm est l’ordre de grandeur de la taille
d’un atome et la taille maximale d’un objet nanométrique cor-
respond à 100 fois l’ordre de grandeur de la taille d’un atome.
3. [REA] Un milliardième de m représente 1 nm et un cent millio-
nième de mm représente 100 nm, ce qui correspond aux dimen-
sions minimales et maximales d’un objet nanométrique.
4. [APP] Les nanoparticules présentent de l’intérêt dans divers
domaines. Dans le domaine médical, elles permettent d’encap-
suler des principes actifs et de les véhiculer directement vers les
cellules à soigner. Les nanoparticules peuvent être dangereuses
si elles sont inhalées, elles peuvent s’introduire dans des cel-
lules saines et induire des effets secondaires non maitrisés.
5. [APP] Un nanotube est une nanoparticule car l’une de ses
dimensions, son diamètre, est comprise entre 1 nm et 100 nm.
6. [VAL] L’observation d’un nanotube à l’œil nu est possible car
sa longueur peut s’étendre jusqu’à quelques mm.
7. [REA] d = 1,5 nm = 1,5 × 10–9 m et L = 2,5 µm = 2,5 × 10–6 m.
8. [REA] L
d
=×
×
=×
−
−
25 10
15 10 17 10
6
9
3
,
,,
m
m donc pour un diamètre de
1,0 m sa longueur serait de 1,7 km.
9. [VAL] La distance entre deux neurones :
0,000 03 m = 3,0 × 10–8 m = 30 nm
ce qui peut correspondre à la longueur d’un petit nanotube.
3 Durée d’un voyage dans la Galaxie
[ Réaliser un calcul (REA) • Valider une information (VAL) ]
1. [REA] rv
v
== ×⋅
⋅
=×
−
−
l
f
km s
km s
30 10
80 37 10
51
1
4
,
,,
2. [REA] ∆∆ ∆
∆
td
v
td
v
t
t
v
v
r
f
f
l
l
f
l
l
f
et donc==
==
.
3. [VAL] La durée du voyage avec la fusée sera de :
4,3 × 3,7 × 104 = 16 × 104 ans.