Activités disciplinaires relevant du socle commun

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1 13 Gravitation Objectifs disciplinaires relevant du socle commun Objectifs de connaissances Présentation succincte du système solaire. Action attractive entre deux objets. Action à distance exercée par la Terre sur un objet situé dans son voisinage : poids d un corps. Le poids P et la masse m d un objet sont deux grandeurs de nature différente. Objectifs de capacités Suivre un raisonnement scientifique afin de comparer, en analysant les analogies et les différences, le mouvement d une fronde à celui d une planète autour du Soleil. Pratiquer une démarche expérimentale pour établir la relation entre le poids et la masse. Construire et exploiter un graphique représentant les variations du poids en fonction de la masse. Calculer, utiliser une formule. Objectifs disciplinaires ne relevant pas du socle commun Objectifs de connaissances La gravitation gouverne tout l Univers (système solaire, étoiles et galaxies). Le poids P et la masse m d un objet sont deux grandeurs proportionnelles. L unité du poids est le newton (N). La relation de proportionnalité se traduit par P = m. g. Activités disciplinaires relevant du socle commun 1 Le système solaire 1. Sur le dessin ci-dessous, placer le nom des différentes planètes en utilisant les indications suivantes : Jupiter : je suis la planète la plus grosse du système solaire ; Terre : on m appelle la planète bleue ; Saturne : je suis connue pour les anneaux qui m entourent ; Mercure : je suis la planète la plus proche du Soleil ; Mars : on m appelle la planète rouge ; Neptune : je suis la planète la plus éloignée du Soleil ; Uranus : il ne reste plus que moi ; Vénus : mon orbite est comprise entre celle de Mercure et celle de la Terre. Soleil Hachette Livre 2012, Physique Chimie 3e, Cahier d activités, collection Durandeau _Physique_CA3e.indd Gravitation 69 01/02/12 09:31

2 2. Compléter le texte ci-dessous avec les mots suivants : satellites, étoile, Soleil (2), huit, planètes (2), elliptiques. Le centre du système solaire est le : c est une. Les se déplacent autour du centre du système solaire, elles sont au nombre de. Leurs trajectoires sont. Des naturels tournent autour de certaines 2 Action attractive qui elles-mêmes tournent autour du. Afin d interpréter le mouvement d une planète autour du Soleil, Newton compare ce mouvement à celui du caillou dans une fronde : «La pierre qu on fait tourner par le moyen d une fronde agit sur la main en tendant la fronde... et elle s échappe aussitôt qu on ne la retient plus. L action exercée par la main pour retenir la pierre, laquelle est contraire à l action par laquelle la pierre tend la fronde, est donc toujours dirigée vers la main, centre du cercle décrit par la pierre... Il en est de même de tous les corps qui se meuvent en rond... Sans le secours d une action dirigée vers le centre de leur révolution, ils s en iraient en ligne droite d un mouvement uniforme.» D après Philosophiae Naturalis Principia Mathematica, Isaac Newton, Schématiser dans le cadre ci-contre le mouvement du caillou et de la fronde en indiquant quelques positions du caillou lors de son mouvement avant sa libération. 2. Schématiser dans le cadre ci-contre le mouvement de rotation d une planète autour du Soleil, en indiquant différentes positions de celle-ci. 3. Comparer les mouvements du caillou tenu par la fronde et de la planète. 4. Pour quelle raison le caillou ne s éloigne-t-il pas de la main? 5. Pour quelle raison la planète ne s éloigne-t-elle pas du Soleil? 6. Dans la situation de la planète, qu est-ce qui joue le rôle «de fil»? Gravitation

3 7. Compléter la phrase de conclusion ci-dessous avec les mots suivants : distance (2), masse, gravitation, interaction gravitationnelle, attractive, Soleil, planète (2), objet (3). La est une interaction à entre tous les objets ayant une ; on l appelle aussi. Elle dépend de la entre les deux objets. Cette action s exerce entre le et chaque, entre une et un proche d elle ou entre un et un autre du fait de leurs masses. 3 Poids et masse Lors d un voyage sur la Lune, des scientifiques ont mesuré le poids et la masse de différents objets. Les valeurs sont recensées dans le tableau suivant : Poids (N) 0 1,9 3,0 4,3 6,1 7,2 8,6 Masse (kg) 0 1,2 1,9 2,7 3,8 4,5 5,4 1. Donner la définition du poids d un corps. 2. On souhaite représenter, sous la forme d un graphique, l évolution du poids en fonction de la masse. a. Compléter les phrases suivantes : sur l axe des abscisses, on indique les valeurs ; sur l axe des ordonnées, on indique les valeurs. b. Dans le cadre ci-contre, faire la représentation graphique du poids en fonction de la masse : on prendra 2 cm pour 1 kg et 1 cm pour 1 N. 13. Gravitation 71

4 3. La masse et le poids sont-elles des grandeurs de même nature? Pourquoi? Existe-t-il un lien entre ces deux grandeurs? Activités disciplinaires ne relevant pas du socle commun 4 Caractéristiques du poids et de la masse Choisir la bonne réponse. a. La masse d un objet est constante / variable. b. Le poids d un objet est constant / variable. c. Pour mesurer le poids, on utilise un dynamomètre / une balance. d. Pour mesurer la masse d un corps, on utilise un dynamomètre / une balance. e. L unité légale du poids est le kilogramme / newton de symbole kg / N. L unité légale de la masse est le kilogramme / gramme de symbole kg / g. f. Le poids et la masse sont deux grandeurs proportionnelles / identiques. Elles sont liées par la relation P = m.g / m = P.g, où g est le coefficient de proportionnalité. 5 Détermination du coefficient de proportionnalité entre P et m À l aide du graphique réalisé dans l activité 3, répondre aux questions ci-dessous. a. Justifier que le poids et la masse sont deux grandeurs proportionnelles. b. Déterminer graphiquement le coefficient de proportionnalité, g. c. Quelle est l unité de g? d. Si l on réalisait cette série de mesures sur la Terre, obtiendrait-on les mêmes résultats? Justifier. Activités transversales relevant du socle commun 1 Compétence 1 La maîtrise de la langue française 1. De quel verbe dérive le mot gravitation? COMPÉTENCE 1 Lire : savoir faire appel à des outils appropriés pour mieux lire Gravitation

5 2. Donner la signification de ce verbe. 3. Employer ce mot dans une phrase. 4. Donner la définition du plan de l écliptique. 2 Compétence 2 La pratique d une langue vivante étrangère Traduire en français les phrases ci-dessous. COMPÉTENCE 2 Comprendre le sens général de documents écrits Saturn is the second largest planet in the Solar System. It was the first planet that was known to have rings. Neptune is a planet, on average, the furthest away from the Sun. It is seventeen times bigger than Earth. Earth is a rocky planet and has an atmosphere made up on mainly nitrogen and oxygen. It has one natural moon. The Solar System lies in the Milky Way which is a galaxy. 3 Compétence 3 Les principaux éléments de mathématiques et la culture scientifique et technologique 1. Exprimer sous forme de puissance de 10 les distances ci-dessous en indiquant pour chacune d elles l ordre de grandeur (puissance de 10 la plus proche du résultat). Distance Terre Lune : km ; Distance Terre Soleil : km ; Distance Soleil Jupiter : km ; 2. Effectuer les conversions suivantes : 125 N kn ; 244,5 cn dan ; 0,012 kn N ; 85,2 dan N. COMPÉTENCE 3 Nombres et calculs : connaître et utiliser les nombres entiers, décimaux et fractionnaires. 13. Gravitation 73

6 3. Voici un tableau présentant les valeurs de masses ou de poids de certains objets nécessaires pour aller au collège : Objet cartable trousse stylo calculatrice sac de sport Masse 8 kg 34 g 153 g Poids (N) 2,45 34,3 a. Donner la relation mathématique liant le poids et la masse d un objet. b. Sachant que g = 9,8 N. kg 1, compléter le tableau. 4 Compétence 4 La maîtrise des techniques usuelles de l information et de la communication 1. Au cours des siècles, la vision et l organisation du système solaire a évolué. En utilisant un moteur de recherche et pour chacun des différents personnages cités ci-dessous donner leur période d existence, leur fonction ainsi que leur vision du système solaire. COMPÉTENCE 4 B2I C.4.5 S informer, se documenter Je sais sélectionner des résultats lors d une recherche Ptolémée : Copernic : Galilée : 5 Compétence 5 La culture humaniste (histoire des sciences et actualité) Sur le site inscrire «Newton» dans l outil de recherche et répondre aux questions ci-dessous. COMPÉTENCE 5 Avoir des connaissances et des repères : situer des découvertes scientifiques. a. Quelles sont les dates de naissance et de décès de Newton? b. Quelles étaient les différentes spécialités de Newton? c. À quelle unité du système international est rattaché son nom? d. À partir de quel événement aurait-il développé sa théorie de la gravitaion universelle? Gravitation

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