TP Dimensions dans l’univers UNIVERS

TP1-Phy / Exploration de l’Univers : du microscopique au macroscopique

Objectifs : Donner des dimensions à plusieurs objets de l’Univers, du très petit au très grand

Utiliser la notation scientifique, les ordres de grandeur et les puissances de 10

1. Un petit tour dans l'Univers....

Aujourd'hui, l'homme est capable d'explorer l'espace et d'observer des objets extrêmement petits.

Doc. 1 : représentation de quelques objets de l'Univers

a/ 970 km b/ 5 cm c/ 0,000 000 1 mm d/ 0,02 mm

e/ 1021 m f/ 0,000 0024 mm g/ 1023 m h/ 1 392 000 km

Doc. 2 : A chaque objet son nom

Une étoile

Un morceau de molécule d'ADN

Un amas de galaxie

Des cellules vivantes

Un pays

Une fleur

Des atomes observés au microscope électronique

Une galaxie

1. Pour chacun des objets du document 1, attribuer la légende du document 2 correspondante.

2. Exprimer la taille des objets du document 1 en mètres en utilisant la notation scientifique (voir Aide n°1 si besoin).

3. Classer les objets du document 1 par ordre croissant de taille.

4. Donner leur ordre de grandeur (voir Aide n°2 si besoin)

5. Pour quelle raison est-il nécessaire d'utiliser les puissances de 10 dans l'évaluation de l'Univers ?

2. Les dimensions de l'Univers

Dans l'Univers, les distances sont tellement grandes qu'il n'est pas commode d'utiliser le mètre comme unité de longueur.

Démarrer le logiciel "Celestia" sous Harp/physique.

Dans l'onglet "aide", cliquer sur "lancer la démo" puis la regarder jusqu'au bout.

6. Comment s'appelle notre galaxie ?

Dans l'onglet "navigation", cliquer sur l'onglet "navigateur de système solaire".

Aller sur la Terre en utilisant la commande "aller à" et centrer l'observation sur la Lune en utilisant la commande "centrer".

7. Noter la distance séparant la Terre de la Lune dans la ligne "distance donnée par Celestia" du tableau réponse ci-

dessous. Faire de même pour les astres suivants : le Soleil, Mimas (satellite de Saturne) et Proxima, l'étoile la plus

proche de notre système solaire (utiliser pour celle-ci l'onglet "navigateur céleste")

Aller sur le site http://fr.vikidia.org/ et taper "unités de longueurs " dans le moteur de recherche interne au site.

8. Noter la définition des unités "ua" et "al"

9. Grâce à ces définitions compléter la seconde ligne du tableau en utilisant l'aide n°1 si besoin

10. Compléter la dernière ligne du tableau en utilisant l'aide n°2 si besoin

Curiosity est un robot-laboratoire de la NASA posé sur Mars depuis août 2012. Il envoie sur Terre des informations par ondes

radio. Celles-ci se déplacent à la même vitesse que la lumière dans le vide spatial.

11. Si un message est envoyé depuis la planète Mars à l'instant présent, combien de temps mettra-t-il pour arriver sur la

Terre ? (utiliser l'aide n°3 si besoin)

12. En l’aide du texte ci-dessous, expliquer la phrase "voir loin, c'est voir dans le passé".

Astre Lune Soleil Mimas Proxima

Distance donnée par le logiciel Celestia

(avec l'unité)

Distance convertie en km donnée en

écriture scientifique avec 2 chiffres

après la virgule

Ordre de grandeur

3. Un point commun entre l'infiniment grand et l'infiniment petit

13. Quelle est la taille d'un atome ?

Quelle est celle de son noyau ?

Qu'y-a-t-il entre le noyau et les électrons ?

14. Qu'y-a-t-il entre le Soleil et les 8 planètes ? Et entre les différentes étoiles de notre Galaxie ?

15. Quel est alors le point commun entre l'infiniment grand et l'infiniment petit ?

Documents d'aide

Aide n°1 : exemples d'écriture scientifique pour quelques

nombres

Nombre Ecriture scientifique

5640 5,64x103

3000400 3,0004x106

0,0102 1,02x10-2

0,000078 7,8x10-5

Aide n°3 : vitesse de la lumière dans le vide

La lumière se déplace en ligne droite dans le vide à la vitesse

notée c de 300 000 kilomètres en 1 seconde :

c = 300 000 km/s = 300 000 km.s-1

On note également cette vitesse sous une autre forme :

c = 3x105 km.s-1 = 3x108 m.s-1

La vitesse c est reliée à la distance parcourue d et au temps t

mis pour la parcourir par la relation

Aide n°2 : ordre de grandeur

Règles :

si le nombre de l'écriture scientifique est compris entre 0 et 5, l'ordre de grandeur est la puissance de 10 de

l'écriture scientifique

si le nombre de l'écriture scientifique est compris entre 5 et 10, l'ordre de grandeur est la puissance de 10

supérieure à celle de l'écriture scientifique (attention avec les puissances négatives...)

Exemples :

Nombre Ecriture scientifique Ordre de grandeur

5640 5,64x103 104

3000400 3,0004x106 106

0,0102 1,02x10-2 10-2

0,000078 7,8x10-5 10-4