Thème UNIVERS TP7
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Thème UNIVERS TP7 LE MOUVEMENT DE LA PLANETE MARS ObjectifS : Mettre en œuvre une démarche d’expérimentation utilisant des techniques d’enregistrement pour comprendre la nature des mouvements observés dans le système solaire. Comprendre que la nature du mouvement observé dépend du référentiel choisi « Les astres errants Le mot planète vient du grec et signifie « astre errant ». Il y a des milliers d'années, les humains tentaient de donner un sens à ce qu'ils voyaient dans le ciel. Les planètes connues alors, appelées les cinq astres errants, intriguaient beaucoup les premiers observateurs, qui se demandaient quelle force leur permettait de se déplacer ainsi sur la voûte céleste. Aujourd'hui, on sait que les planètes décrivent une orbite autour du Soleil en suivant l'écliptique (plan du système solaire); elles traversent ainsi plusieurs constellations, dites du zodiaque, qui forment un arrière-plan. » (Source : Conseil national de recherches Canada) Quelles sont les 5 planètes visibles à l’œil nu depuis la Terre ? Qu’est ce que l’écliptique ? Qu’est ce qu’une constellation ? En citer quelques unes. I. MOUVEMENT DES PLANETES DANS LE REFERENTIEL HELIOCENTRIQUE Pour décrire le mouvement des planètes du système solaire, les astronomes utilisent comme objet de référence, le centre du soleil associé à trois axes fixes appelé le référentiel héliocentrique. A l’aide du site http://www.cnes.fr/web/CNES-fr/107-mini-encyclopedie-spatiale.php et des rubriques - petite encyclopédie de l’espace - focus sur … répondre aux questions suivantes 1. Trajectoire de la Terre : Quelle est la trajectoire de la Terre dans ce référentiel ? A quelle distance moyenne du soleil dT-S gravite la Terre ? Exprimer cette valeur en km (en écriture scientifique avec 3 chiffres significatifs) Exprimer cette valeur en unités astronomiques (u.a.). Quelle est la période de révolution de la Terre autour du soleil ? en jours (3 chiffres significatifs) en mois (2 chiffres significatifs) 2. Trajectoire de Mars : Quelle est la trajectoire de Mars dans ce référentiel ? A quelle distance moyenne du soleil dM-S gravite Mars ? Exprimer cette valeur en km (en écriture scientifique avec 3 chiffres significatifs) Exprimer cette valeur en unités astronomiques ( u.a.) Quelle est la période de révolution de Mars autour du soleil ? - en jours (3 chiffres significatifs) - en mois (2 chiffres significatifs) II. MOUVEMENT DE LA PLANETE MARS DANS LE REFERENTIEL TERRESTRE 1. Mise en évidence (utilisation de Stellarium) Dans cette partie, nous allons étudier le mouvement de Mars, vu depuis un point fixe situé à la surface de la Terre et associé à trois axes fixes appelé référentiel Terrestre. Lancer le logiciel Stellarium. Afficher les constellations ainsi que leurs noms. Observer le ciel de Paris en direction de l’Est (il suffit de tourner la voute étoilée à l’aide de la souris). Régler la date au 1er novembre 2009 à 02h00 (Touche F ?). Arrêter l'écoulement du temps (touche « 7 »). La planète Mars est alors dans la constellation du Cancer. Vous pouvez observer le ciel étoilé, nuit après nuit, en appuyant sur la touche « = », et revenir en arrière avec la touche « - ». Poursuivre l’observation jusqu’en Avril 2010. Nous allons observer son mouvement en fixant la constellation du Cancer ; cliquer pour cela sur une étoile de cette constellation, et appuyer su la touche Espace afin de centrer le logiciel sur cette étoile. Recommencer les observations de Mars comme précédemment. 2. Questions Comment semble se déplacer Mars au début de son mouvement ? Que se passe-t-il vers le 2009 / 12 / 20 puis vers le 2010 / 03 / 10 ? Selon vous, qui signifie le terme de rétrogradation ? La trajectoire de Mars vue de la surface de la Terre est-elle la même que celle par rapport au soleil ? Justifiez la phrase suivante : « Le mouvement de Mars (et, par extension, de tout système étudié)est relatif ». III. MOUVEMENT DE LA PLANETE MARS DANS LE REFERENTIEL GEOCENTRIQUE : compréhension du phénomène Dans cette partie, nous allons étudier le mouvement de Mars, vu depuis un point mobile autour du soleil situé au centre de la Terre et associé à trois axes fixes appelé référentiel Géocentrique. 1. Pointage vidéo Ouvrir le logiciel LatisPro. Sélectionner le menu Edition, puis Analyses de séquences vidéo. Cliquer sur Fichiers, puis aller chercher la vidéo « Système Terre mars soleil.avi » Sur la vidéo, les positions des planètes sont difficilement repérables. On s’aidera du nom des planètes qui les suivent en permanence au cours de leur périple autour du Soleil. Cliquer sur Sélection de l’origine, puis cliquer sur la Terre (image 1). Cliquer sur Sélection de l’étalon, puis cliquer sur le Soleil. Une flèche apparaît. Placer son extrémité sur la Terre, et cliquer à nouveau. Rentrer la valeur de l’étalon : 1 UA = 150 000 000 km = 1,5x1011 m. Cocher relatif Cliquer maintenant sur Sélection manuelle des points. Positionner la vidéo sur l’image n°1. Cliquer sur la Terre appelée ref. Cliquer sur mars. La vidéo passe à l’image suivante. Avancer à l’image n°9 et cliquer deux fois à nouveau : une fois sur la terre (ref) une fois sur mars Continuer ainsi le pointage vidéo de la planète Mars par rapport au centre de la Terre pour les images 11, 15, 18, 21, 23, 27, 30, 34, 36, 40, 42, 45 et 47. Fermer l’outil d’étude des séquences vidéo. 2. Utilisation Vous allez maintenant traiter les données récupérées par Latis Pro lors du pointage. A chaque clic de souris, le logiciel a calculé les abscisse et ordonnée du centre de Mars par rapport au centre de la Terre pris comme référence (référentiel géocentrique). Vous disposez donc de deux séries de coordonnées disponibles grâce au bouton Liste des courbes. Renommer chacune des courbes, X_Mars et Y_Mars, pour garder la cohérence des notations. Glisser la courbe X_Mars sur l’axe des abscisses de la fenêtre graphique puis Y_Mars en haut de l’axe des ordonnées Que représente ce graphe ? Ecrire un titre (clique droit, créer un commentaire) Interpréter la rétrogradation de Mars IV. Un peu d’histoire Galilée a vécu au XVIIe siècle. L’invention de la lunette astronomique lui a permis d’observer des objets célestes jusqu’à lors invisibles à l’œil nu. Ainsi, en 1610, il découvre les satellites de Jupiter et note précisément leur position à différentes périodes de l’année. Voici quelques uns de ses dessins à ce sujet : Observer du ciel de Padoue (Italie) en janvier 1610 à 19 h 00 à l’aide de « Stellarium.exe ». Les observations seront à effectuer les 7, 13 et 15 janvier 1610 à 19 h 00 Modifiez le lieu en tapant sur F6. Avec la souris, sélectionnez Padova, Italy puis « Échap ». Modifiez la date d’observation du ciel en utilisant le même procédé que dans le I. Terminez en laissant le curseur dans la partie « jour » de la fenêtre. Centrez votre observation sur Jupiter avec la souris et la touche « espace ». Grâce à la roulette de la souris, zoomez sur Jupiter (ou shift /) jusqu’à voir distinctement ses satellites. Pour faire un zoom arrière, faites tourner la roulette en sens opposé (ou Alt Gr + \). Voici ce que vous donne « Stellarium » à la date du 7 Janvier 1610 Questions Tapez P sur le logiciel et identifiez sur les dessins de Galilée les satellites de Jupiter. Pourquoi Galilée n’a-t-il représenté que trois satellites au lieu de quatre à la date du 7 janvier ? En première approximation, quelles sont les trajectoires de ces satellites autour de Jupiter ? De la Terre, observons-nous les mêmes trajectoires ? Que devons-nous indiquer obligatoirement pour débuter l’étude d’un système mécanique ?
