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2H- DEVOIR DE SCIENCES PHYSIQUES N°1
L’UNIVERS
IL EST DEMANDE DE REDIGER VOS REPONSES ET DE DETAILLER VOS CALCULS.
Données pouvant servir pour les 4 exercices :
La vitesse de la lumière dans le vide est v =3.108 m/s
1 année lumière = 9,5.1015m
Les ondes radio se déplacent à la vitesse de la lumière
1 milliard = 109
1. QUELQUES CALCULS : (6 POINTS)
1) La sonde voyager est partie en 1977 et voyage à la vitesse de 15 km/s. Elle continue sa route et vient de sortir
du système solaire. Calculer la distance qu’elle a parcourue.
2) Les premières ondes radio ont été émises en 1896. Quelle distance ont elles parcouru en année-lumière ?
Donner ensuite cette valeur en mètres.
3) Ecrire en mètre et en notation scientifique les valeurs suivantes :
3500 km ; 0,2 µm ; 825 mm
4) Calculer avec la calculatrice :
543
2,134.1045,2.10 43 
5) On estime à 125 milliards le nombre de galaxies dans l’univers. On admet que chaque galaxie comporte environ
100 milliards d’étoiles. Calculer le nombre d’étoiles de l’univers en notation scientifique. (Faire le calcul sans
utiliser la calculatrice et en détaillant le calcul).
2. MAQUETTE DU SYSTEME SOLAIRE : (4,5 POINTS)
La Terre de diamètre 1,276.104 km, se déplace sur une orbite circulaire à une distance égale à 1,50.108km du
Soleil. L’orbite de Neptune est à 9,5.109 km du Soleil.
1) Si la Terre est assimilée à une balle de ping-pong de diamètre 40 mm, calculer à quelle distance D, se trouve
alors un ballon qui représente le Soleil. On expliquera sur la copie le raisonnement effectué ;
2) Une maquette du système solaire est difficilement réalisable en conservant les proportions. Expliquer
pourquoi.
3) Proposez une représentation possible qui permette de modéliser le système solaire, en complétant le
schéma suivant en plaçant la Terre et Neptune et ce qui vous semble nécessaire.
4) On dit que « la matière a une structure lacunaire ». Qu’est-ce que cela signifie ? Illustrer votre explication
en prenant 2 exemples à diverses échelles.
Distance au soleil en km

3. EXPERIENCE HISTORIQUE (5 POINTS)
Galilée, au début du XVIIème siècle, tente de mesurer la vitesse de la lumière. Pour cela, il place son
assistant à 1800 m de lui et déclenche sa clepsydre lorsqu’il lui envoie un signal lumineux à l'aide
d'une lanterne ; son assistant doit alors dévoiler sa propre lanterne lorsqu'il voit le signal lumineux.
Galilée imagine pouvoir arrêter sa clepsydre dès qu'il reçoit lui-même le signal lumineux et ainsi
mesurer la durée du parcours aller-retour de la lumière entre les deux lanternes. C'est pour Galilée
un échec, mais il reste convaincu que la lumière a une vitesse finie. En 1983, la valeur de la vitesse
de la lumière a été fixée à 299 792 458 m.s--1 par le Bureau international des poids et mesures.
1) En utilisant la notation scientifique et en ne gardant que 3 chiffres significatifs, donner la valeur en mètres
par seconde de la valeur de la vitesse de la lumière fixée en 1983.
2) Rédiger un court paragraphe (4 lignes) pour expliquer pourquoi Galilée a échoué dans sa tentative de
mesure.
3) Quelle a été la durée effective du parcours de la lumière lors de cette expérience ?
4) Quelle distance minimale aurait dû séparer Galilée et son assistant pour que la durée mesurée soit de 1
seconde ?
4. UN SCENARIO DE SCIENCE-FICTION (4,5 points)
Le document ci-dessous présente l’aspect visuel et la distribution spatiale des sept principales étoiles de la
constellation d’Orion. Dans la suite de l’exercice, a.l. signifie « année lumière ».
De haut en bas, on visualise les étoiles :
1 est située à environ 427 a.l. de la Terre
2 est située à environ 243 a.l. de la Terre
3 est située à environ 905 a.l. de la Terre
4 est située à environ 1300 a.l. de la Terre
5 est située à environ 820 a.l. de la Terre
6 est située à environ 800 a.l. de la Terre
7 est située à environ 720 a.l. de la Terre
Un auteur de Science-fiction écrit, dans un scénario, que les étoiles d’Orion Bételgeuse et Bellatrix (notée1 et 2) ont
explosé le même jour, un soir de l’année fatidique 1700.
1) Quel aspect devait avoir pour un terrien, la constellation d’Orion en 2000 ? Expliquer
2) A partir de quelle année, un terrien ne verra plus que 5 étoiles de cette constellation ? Expliquer
3) Pourquoi, sur le dessin ci-dessus, les étoiles apparaissent-elles deux fois ?
La clepsydre est
une horloge
antique, d’origine
égyptienne,
mesurant le
temps par un
écoulement d’eau
dans un récipient
gradué

CORRECTION DS PHYSIQUE N°1
En vert sont notées des remarques pour vous permettre de mieux comprendre vos
erreurs et ainsi progresser.
1. QUELQUES CALCULS
Il s’agissait dans cet exercice de voir si vous savez refaire des calculs déjà faits en classe ou très ressemblants. C’est
absolument nécessaire pour résoudre n’importe quel problème.
De plus, il faut montrer que vous savez utiliser les puissances de 10 quand vous faites un calcul.
1) Voyager a voyagé actuellement pendant 2016-1977 = 39 ans. La distance correspondante est
D = v x t =15 x 39 x 60 x 60 x24 x365 = 1,8.1010 km (ou 1,8.1013 m)
Il fallait bien penser à mettre le temps en secondes pour avoir le résultat en kilomètres ou mètres
2) Les ondes radio voyagent depuis 2016-1896 = 120ans à la vitesse de la lumière : elles ont donc parcouru 120
années-lumière.
Ce qui correspond à 120 x 9,5.1015 = 1,1.1018 m
Il fallait bien regarder les données où il était indiqué comment convertir les années-lumière en mètres
3) 3500 km = 3500.103 m = 3,500.106 m (3,5.106 m compté juste)
0,2µm = 0,2.10-6 m = 2.10-7 m
825 mm = 825.10-3 m = 8,25.10-1 m
Si vous ne détaillez pas les calculs, vous êtes pénalisés car tout est compté faux en cas d’erreur (voir grille de
notation)
4) On trouve 1,23.102 (ou 123) avec 3 chiffres significatifs.
On pouvait donner le résultat autrement qu’en écriture scientifique mais attention aux nombre de chiffres
significatifs (d’après les données, il faut en garder 3…)
Attention cependant d’arrondir correctement (la calculatrice donne 122,5414…)
5) 125.109 x 100.109 = 1,25.1011 x 1,00.1011 = 1,25.1011+11= 1,25.1022 étoiles
Il était rappelé dans les données qu’un milliard signifie 109… et vous deviez détailler les calculs pour
montrer que vous n’aviez pas utilisé votre calculatrice…
2. MAQUETTE DU SYSTEME SOLAIRE
1) 40 mm doit représenter la distance réelle de 1,276.104 km donc la distance réelle de à 1,50.108km a la
longueur de
m470mm4,7.101,50.10
1,276.10
40 58
4
sur la maquette.
Eviter de faire des tableaux pour expliquer la proportionnalité : une phrase est préférable.
2) On ne peut pas représenter à la même échelle la grosseur des astres et la distance qui les sépare. (ex 4 cm
pour la Terre et 470 m pour la distance dans la question précédente).
Dire que les distances sont grandes ne suffit pas.

3) Par contre on peut représenter le système solaire en utilisant une échelle avec des puissances de 10
(échelle logarithmique)
Rq : Il n’était pas demandé de dessiner le soleil…. Et ce travail était exactement fait dans le TP1.
4) La matière est lacunaire signifie qu’elle est principalement constitué de vide. Par exemple, dans une galaxie,
il y a beaucoup d’étoiles mais elles sont extrêmement éloignées les unes des autres. De même, dans un
atome, le noyau et les électrons sont très petits et très éloignés les uns des autres.
3. EXPERIENCE HISTORIQUE
1) La valeur avec 3 chiffres significatifs est V= 3,00.108 m.s-1
Réfléchissez bien comment on arrondit et l’importance des « zéros »
2) Le protocole imaginé ne peut pas donner de bons résultats pour plusieurs raisons :
- Tout d’abord, la distance est trop petite pour que le décalage de temps soit décelé à l’œil nu.
- Le protocole est basé sur la réaction de l’assistant qui doit découvrir sa lanterne, puis de Galilée qui
doit arrêter sa clepsydre : il faudrait que ces gestes soient instantanés ou rapides par rapport à la
durée mesurée par la clepsydre.
- la mesure faite par la clepsydre est peu précise.
IL y a plusieurs façons de répondre juste et d’organiser sa réponse. Toute remarque pertinente est
acceptée et valorisée. Deux arguments sont nécessaires.
3) La durée effective du parcours de la lumière lors de cette expérience est :
s10.21
3.10
180022 6-
8
vd t
Bien réfléchir aux notations et au « 2 ». On avait corrigé 2 exercices en classe très ressemblants.
4) La distance minimale pour que la durée mesurée soit de 1 seconde est
m
tv
d8
810.5,1
2110.3 2
4. UN SCENARIO DE SCIENCE-FICTION
Il s’agissait dans cet exercice de voir si vous avez compris la notion d’année lumière, si vous savez exploiter un
schéma et si vous savez rédiger une réponse : Vous devez expliquer dans le détail comment vous raisonnez, comme
si vous expliquiez à quelqu’un qui ne connait pas le phénomène.
1) Entre 1700 et 2000, 300 ans se sont écoulés. Bellatrix est à 243 a.l. de la Terre, donc la lumière provenant de
cette étoile met 243 années à nous parvenir : on ne la voit donc plus de la Terre en 2000. Par contre,
Bételgeuse est à 427 a.l. de la Terre : on la voit donc encore en 2000. Conclusion : on voit 6 étoiles sur 7 en
2000.
2) C’est 427 ans après 1700 qu’on ne verra plus les 2 étoiles de la Terre donc en 2127 : en effet, les 2 étoiles
ont explosé en 1700 et l’image de leur explosion a eu le temps d’arriver jusqu’à la Terre, la première en
1943 (1700+243) et la deuxième en 2127 (1700+427=2127).
Ecrire qu’en 2127 on en verra 5 car les étoiles auront explosé n’est pas juste.
3) Il est représenté sur le dessin, 2 visions des mêmes étoiles
- la réalité où les étoiles sont à des distances variables de la Terre ;
- la projection des étoiles sur un plan, qui correspond à l’impression que l’on a, vu de la Terre (étoiles toutes
à la même distance de la Terre)
Distance au soleil en km
100
102
109
104
108
Terre
Neptune