doc - nanomega

Physique 2nde - 2007/2008
Chapitre 1 : Des atomes aux galaxies
I. Introduction : La dimension des choses
Pour mieux comprendre le monde qui nous entoure Galilée avait compris qu’il était
capital de réfléchir à la dimension des choses. Voici une de ces réflexions :
"La nature serait incapable de produire des arbres d'une taille excessive, puisque
les branches, pliant sous leur poids, finiraient par se rompre".
 Les êtres vivants et les objets qui peuplent notre univers sont ainsi soumis a
des lois physiques qui contraignent leurs dimensions.
 Exemple : Considérons un homme:
- on multiplie par 2 sa taille tout en conservant ses proportions
- alors, les surfaces telles que les sections de ces os, sont multipliées par 2x2=4
- enfin, le volume de son corps est multiplié par 2x2x2=8
Le poids de l'homme augmente plus vite que la résistance de son squelette. Un
géant finirait donc par se briser !
II. Des outils de mesure et une unité : le mètre
Chapitre 1 : Des atomes aux galaxies
Le mot atome vient du grec « tomein » qui signifie couper précédé d'un « a »
privatif. Dans l'esprit, de Démocrite(-460;-370) philosophe grec et inventeur de la
théorie atomique les atomes sont donc les plus petites particules de matière,
infiniment dures et insécables. On sait aujourd'hui qu’il n’en est rien.
De nos jours, nous savons facilement observer les atomes grâce à une catégorie
d'instruments appelés microscope en champ proche.
 Un atome est constitué d'un noyau autour duquel sont répartis des électrons.
a) L'atome d'hydrogène :
 L'atome le plus simple est l'atome d'hydrogène, il ne possède qu'un seul
électron.
 Le noyau de l'atome d'hydrogène a un rayon Rn = 1,2.10-15 m et son électron
est situé à une distance Ra = 5,3.10-11m du noyau. Cette distance correspond
au rayon de l'atome.
 L’ordre de grandeur du rayon du noyau est 10-15 m alors que l’ordre de
grandeur du rayon de l’atome est 10-10 m.
b) La structure lacunaire de la matière :
La perception que l'homme a de l'univers dépend beaucoup des outils dont il dispose
pour l'explorer.
 Le rapport des dimensions de l’atome et du noyau est 10-10/10-15 = 105. Le rayon
de l’atome est 100000 fois plus grand que celui du noyau.
 Dès le 17ème siècle, le microscope et le télescope permettent d'explorer le
monde de l'infiniment petit comme celui de l'infiniment grand. L'échelle de
longueurs connue s'agrandie considérablement.
 Si on veut construire une maquette d’un atome avec un noyau qui aurait un rayon
de 10 cm. L’électron doit être placé à 10 cm x 100000 = 10 km du noyau.
 Notre univers contient des objets de dimensions très variées. Il est important
de les exprimer dans une même unité pour pouvoir les comparer et construire
une échelle de longueurs.
 L’unité de longueur internationale est le mètre.
Remarque : Dans l'antiquité, tout était mesuré par rapport à l'homme, les unités de
mesure étaient des pas, coudées, pieds, pouces... Les meures de longueurs
dépendaient donc de qui les réalisait !
III. De l'atome à la galaxie
1) Au cœur de la matière: l'atome
 Toute la matière de notre univers est composée d'atomes
 Le mot atome signifie « insécable » (qu’on ne peut pas couper).
 Les atomes contiennent donc beaucoup de vide, on dit qu'ils ont une structure
lacunaire
2) L'infiniment grand
a) La Terre, la Lune et le Soleil :
 La Terre a une forme quasiment sphérique de rayon RT = 6 400 km = 6,4.105 m.
 La Terre tourne autour du Soleil en décrivant une orbite quasi-circulaire. Elle
est située à une distance dTS = 150 millions de km = 1,5.1011 m du Soleil.
 Le Soleil est une étoile gazeuse de rayon R S = 7,0.105 km = 7,0.108 m.
 La Lune a un rayon de RL=1 700 km = 1,7.105 m.
 La Lune est l'unique satellite naturel de la Terre. La Lune est distante de la
Terre de dTL = 390000 km = 3,9.108 m.
Physique 2nde - 2007/2008
b) Les galaxies et l'univers :
Le Soleil appartient à un groupe de 100 milliards d'étoile. Ce groupe d'étoiles
constitue notre Galaxie.
On peut observer la trace du disque de notre Galaxie dans le ciel, c'est la bande
claire que l'on appelle "voie lactée".
 L'ensemble des étoiles visibles à l’œil nu depuis la Terre fait partie de notre
Galaxie. Notre Galaxie à la forme d'un disque de rayon RG= = 4,8.1020 m.
 Les galaxies les plus proches de la Terre sont les deux nuages de Magellan
situés à 1,5.1021 m de nous.
 Les galaxies les lus lointaines que l'on ait observées se situent à une distance
de 9.1025 m de la Terre.
C'est en 1923 que l'astronome Edwin Hubble montra que l'Univers est peuplé de
nombreuses galaxies. On estime qu'il existe 125 milliards de galaxies.
IV. Le vide est partout !
Nous avons vu que dans un atome, les électrons sont séparés du noyau par
énormément de vide. Il en est de même à l'échelle des planètes et des galaxies!
Finalement, il y a beaucoup de vide dans l'univers!!!
 A toutes les échelles, l'espace est constitué de beaucoup plus de vide que de
matière. On dit le remplissage de l'espace par la matière est lacunaire.
Chapitre 1 : Des atomes aux galaxies