L’univers Chapitre 1 : description de l’univers

L’Homme a de tout temps observé les astres afin de se situer dans l’univers.

1. film : puissances de 10

2. télécharger la version démo de Hatier 3. description de l’univers

I) l’univers I-1 description

Animation : photos de l’infiniment petit à l’infiniment grand avec puissance de dix

L'univers s'étend de l'infiniment petit à l'infiniment grand, la référence étant la taille de l'homme dont l'ordre de grandeur est le mètre.

On étudiera dans l'infiniment petit : - les atomes et les molécules

- les particules élémentaires (proton, neutron et électron).

Dans l'infiniment grand on étudiera : - les étoiles (dont le Soleil fait partie)

- le système solaire comportant, outre le Soleil, huit planètes (Mercure, Vénus, Terre, Mars, Jupiter, Saturne, Uranus, Neptune)

- les satellites de ces planètes, les astéroïdes et les comètes).

Les étoiles sont regroupées dans des galaxies (la galaxie dont fait partie le système solaire est appelé la voie lactée.)

L’univers Chapitre 1 : description de l’univers

- l’univers est composé de millions de galaxies.

I-2 la structure lacunaire de l’univers

Il existe une propriété commune aux structures infiniment petites et infiniment grandes. Il s'agit de la structure lacunaire. Dans une telle structure, la matière est assez bien localisée dans certaines régions de l'espace et entre ces zones où se concentre la matière il règne le vide où le quasi vide.

Par exemple: Entre le noyau d'un atome et les électrons, il y a le vide. De même entre les galaxies il y a le quasi vide.

II) des outils de description de l’univers II-1 L’écriture scientifique :

La notation scientifique est l’écriture d’un nombre sous la forme du produit : a.10

Avec a : nombre décimal 1

a

10 et n, entier positif ou négatif.

Exemple : 178 m en écriture scientifique s’écrit 1,78 x 10

m ; 0,0234=2,34x10

Exercice :

nombre écriture scientifique

1020 0,034 123,4 0,000345 14567 0,456 14578 0,000040

(A chaque décalage de la virgule vers la gauche on ajoute 1 à la puissance de dix ; à chaque décalage vers la droite on enlève 1)

II-2 les puissances de 10

nombre 1000000000 1000000 1000 100 10 1 0,1 0,01 0,001 0,000001 puissance

de 10

Formules

Exemples

10

x10

= 10

10

x10

=

10

= 1/10

10

=

10

/10

= 10

10

/10

=

(10

)

= 10

(10

)

=

Attention ! ! Il n’y a pas de formule pour l’addition des puissances de 10.

10

= 1

II-3 quelques préfixes à connaître

pré fi xe gi ga (G ) m éga (M ) kilo (k) he cto (h) dé ca (d a) dé ci( d) ce nti (c) m ill i(m ) m icr o(

) na no (n ) pico (p )

Va le ur e n le ttre

pui ss an ce s de 10

Exemple : 1 Gm = 10

m : 1dm = 10

m II-4 Ordre de grandeur

L’ordre de grandeur d’un nombre est la puissance de 10 la plus proche de ce nombre.

Pour trouver l’ordre de grandeur :

- mettre le nombre x en notation scientifique : x = a.10

si a < 5 alors l’ordre de grandeur de x est 10

si a >= 5 alors l’ordre de grandeur de x est 10

Exemple : La distance Terre-Soleil est 1,5.10

m, son ordre de grandeur est Le rayon de l’atome d’hydrogène est 5,5.10

m, son ordre de grandeur est

Intérêt de l’ordre de grandeur : situer des longueurs sur l’échelle des longueurs qui composent l’univers, et les comparer aux autres.

II-5 Unité légale de longueur

L’unité légale de longueur dans le système international (SI) est le mètre (m).

Remarque : l’unité légale de surface est le mètre carré (m

) l’unité légale de volume est le mètre cube (m

). On utilise aussi des multiples et sous-multiples du mètre

multiples Kilomètres

1 km =

Hectomètre 1 hm =

décamètre 1 dam =

so us m ultip le s dé cim ètre ce nti m ètre m ill im ètre m icr om ètre na no m ètre pico m ètre fe nto m ètre

va le ur e n m ètre

Film sur les puissances de 10

distance distance en notation

scientifique distance en mètre en

notation scientifique ordre de grandeur(m)

Terre-Lune 380 000 km

Rayon atome d’hydrogène 0,105 nm Altitude du Mont Blanc 4810 m Dimension d’une molécule 2 nm Rayon de la Terre 6400 km Taille d’un homme 170 cm Distance Terre-Soleil 150 millions

de km Rayon du noyau d’un atome

d’hydrogène

1,5x10

pm Diamètre de notre Galaxie 9,5.10

km Dimension d’une cellule

humaine

0,016 mm

cheveu 60 m

Tableau de conversion

km hm dam m dm cm mm

nm pm

II-6 l’unité astronomique (U.A)

La distance moyenne Terre-Soleil est appelée unité astronomique : 1 U.A = 1,50x10

m = 150x10

km

Cette unité est utilisée pour les grandes distances.

nom distance moyenne de la planète au Soleil en unité astronomique (U.A.)

Mercure 0.385

Vénus 0.7245

Terre 1,0

Mars 1.52

Jupiter 5.20

Saturne 9.55

Uranus 19.2

Neptune 30.1

Pluton 39.5

Exercice : distance en km entre le soleil et pluton en notation scientifique.

III) lumière dans l’espace III-1 Propagation de la lumière :

Animation : propagation rectiligne des ondes lumineuses

La lumière issue des étoiles traverse l’espace et nous parvient. La lumière se propage en ligne droite, dans le vide et dans tous les milieux transparents et homogènes.

III-2 Le modèle du rayon lumineux

On modélise le trajet suivi par la lumière entre deux points par des segments de droite orientés dans le sens de la propagation. Ces segments sont appelés rayons lumineux.

III-3 Vitesse de la lumière dans le vide

La première mesure a été effectuée par l’astronome danois ROMER en 1676 à l’observatoire de Paris. C’est une vitesse limite : aucun objet ou onde ne peut se déplacer plus vite que la lumière dans le vide.

La vitesse de propagation de la lumière dans le vide, appelée aussi célérité de la lumière vaut : c = 3,00x10

m.s

= 3,00x10

km.s

Dans les milieux transparents la vitesse de la lumière notée ‘ v ’ est inférieure à c. Dans l’air v  c Rappel : définition de la vitesse moyenne vidéo

La vitesse moyenne d’un objet est égale au rapport de la distance ‘d’(m) parcourue, sur la durée du parcourt (s) : t

v d

 

L’unité légale de vitesse est le m.s

Exercice : calculer la durée mise par la lumière du soleil pour parvenir sur Terre.

III-4 L’année lumière (a.l.) :

Apprécier les dimensions entre les étoiles requiert une unité de distance appropriée, l’année de lumière.

L’année lumière est la distance (m) parcourue par la lumière dans le vide en une année.

Calcul d’une année lumière en mètre :

km 9,45x10 m

10 x 45 , 9 a.l 1

60 x 60 x 24 x 365 x 10 x 00 , 3 a.l 1

t c.

a.l t 1

l.

a 1 t c d

12 15

8











 

 



III-5 Voir loin, c’est voir dans le passé » :

La Nébuleuse d’Orion se situe à 1800 a.l. de la Terre ; la lumière provenant d’Orion que nous recevons aujourd’hui sur Terre a donc mis 1800 ans pour nous parvenir.

Plus nous observons loin dans l’espace et plus nous regardons dans le passé.

Programme officiel L'UNIVERS

L’Homme a de tout temps observé les astres afin de se situer dans l’Univers. L’analyse de la lumière émise par les étoiles lui a permis d’en connaître la composition ainsi que celle de leur atmosphère et de la matière interstellaire.

L’étude du mouvement des planètes autour du Soleil l’a conduit à la loi de gravitation universelle.

Il apparaît ainsi que le monde matériel présente une unité structurale fondée sur l’universalité des atomes et des lois.

NOTIONS ET CONTENUS COMPÉTENCES ATTENDUES

Une première présentation de l’Univers : le remplissage de l’espace par la matière est essentiellement lacunaire aussi bien au niveau de l’atome qu’à l’échelle cosmique. Les dimensions de l’Univers sont telles que la distance

parcourue par la lumière en une année est l’unité adaptée à leur mesure.

Description de l’Univers : l’atome, la Terre, le système solaire, la Galaxie, les autres galaxies, exoplanètes et systèmes planétaires extrasolaires.

Savoir que le remplissage de l’espace par la matière est essentiellement lacunaire, aussi bien au niveau de l’atome qu’à l’échelle cosmique.

Propagation rectiligne de la lumière.

Vitesse de la lumière dans le vide et dans l’air.

L’année de lumière.

Connaître la valeur de la vitesse de la lumière dans le vide (ou dans l’air).

Connaître la définition de l’année de lumière et son intérêt.

Expliquer l’expression : « voir loin, c’est voir dans le passé ».

Utiliser les puissances de 10 dans l’évaluation des ordres de grandeur.

Questions :

1) Pourquoi dit-on que la matière est lacunaire au niveau microscopique ou macroscopique ?

2) Quelle est l’unité légale de distance ? 3) A compléter

multiples Kilomètres

1 km =

Hectomètre 1 hm =

décamètre 1 dam =

so us m ultip le s dé cim ètre ce nti m ètre m ill im ètre m icr om ètre na no m ètre pico m ètre fe nto m ètre

va le ur e n m ètre e n pui ss an ce d e dix

4) Définition de la vitesse ?

5) Quelle est la valeur de la vitesse de la lumière dans le vide en km/s et en m/s

6) D

7) Expliquer l’expression : « voir loin, c’est voir dans le passé ».

8) Qu’est-ce que l’ordre de grandeur d’un nombre ?

distance un train 1,5 km une fourmi de 3 mm

un cheveu de 50

m

m valeur en mètre en

notation scientifique

ordre de grandeur