Chapitre Mars 3.1 : Partir pour Mars

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1 A) Ca fuse Expliquez ce qui fait décoller la fusée. Compléter le schéma pour le représenter. Faut-il introduire les forces par leur effet C est l air qui fait pression sur la bouteille et la pousse vers l avant. A retenir : Ce qui met en mouvement les objets s appelle une action mécanique. Elle est exercée par un objet sur un autre. On la décrit en la simplifiant en donnant o Sa direction o Son sens La simplification s appelle une force Une action mécanique peut modifier : o la vitesse o la trajectoire o la forme Exemple : l air agit sur la bouteille. La direction de la force est verticale et le sens est de bas en haut. Elle modifie la vitesse de la bouteille.

2 1 2 M S 3 4 T Dans les exemples précédents indiquez : - Qui subit et qui agit - Quels sont la direction et le sens de la force - Quel est l effet de cette action mécanique Exercice 1 : Acteur-Receveur-Direction-Sens B) C est encore loin Mars? 1) La vitesse à atteindre Quelle vitesse doit-on atteindre pour une durée de trajet raisonnable? Distance Soleil - Terre : km

3 Distance Soleil - Mars : km v =d /t Mars troisième /2017 t = d / v 1 mois = 30 jours 1 jours = 24 heures 1 heure = 60 minutes 60 minutes = 1 secondes Choisissons 1 mois comme durée raisonnable 1 mois = = 720 h d = = km v = / 720 = 1, km/h A retenir : Un objet parcourt la distance d pendant la durée t. Sa vitesse moyenne est : v = d donc t = d et d = v t t v Unité : Si d en km et t en h : v est en km/h Exercice 2 : Calcul vitesse - Puissance 10 2) La vitesse d une fusée Vitesse (km/h) Temps (s) Vitesse d Ariane 5 après son décollage

4 Définition : Quand la vitesse augmente pendant un mouvement on dit qu il est accéléré Quand la vitesse reste constante on dit qu il est uniforme Quand la vitesse diminue on dit qu il est décéléré Exemple : Entre les instants 0 s et 500 s, le mouvement est accéléré Entre les instants 1000 s et 2000 s, le mouvement est uniforme Remarque : A la vitesse atteinte par Ariane 5, le voyage vers Mars durerait 3 mois. Exercice 3 : Mouvement uniforme - accéléré - décéléré 3) Unité astronomique Remarque : pour mesurer les distances dans le système solaire les astrophysiciens utilisent souvent l unité astronomique. Définition : L unité astronomique (abréviation u.a.) correspond à la distance moyenne entre la Terre et le Soleil. Elle vaut approximativement km. Exemples : 1. Mars de situe à km. Convertissez cette distance en unité astronomique. 2. Neptune se situe à 30,11 u.a. Convertissez cette distance en km. 3. On estime que la taille du système solaire est de km. Convertissez cette distance en unité astronomique. Exercice 4 : Calcul d'ua Exercice 5 : Puissance 10 C) Particules 1) Particules chargée Définition : Une particule qui se déplace lorsqu une tension entre 2 cotés de la particule est dite chargée. Si la particule ne n est pas mise en mouvement, on dit que la particule est neutre électriquement Si elle est attirée par la borne positive, on dit qu elle est chargée négativement Si elle est attirée par la borne négative, on dit qu elle est chargée positivement. Exemple (à retenir) : Les électrons ont une charge négative. Les protons ont une charge positive Les électrons et les protons ont même charge mais opposé Un neutron est neutre électriquement.

5 2) Atomes m Noyau (charge positive) Vide Électrons (charge négative) m Géométrie de l atome (A retenir) : On observe deux parties dans l atome : o des électrons qui tournent autour d un noyau. o le noyau est constitué de proton et de neutron Propriétés électriques (A retenir) : L atome est neutre électriquement. Les électrons ont une charge négative. Les protons ont une charge positive Les neutrons ont une charge neutre Le noyau a une charge positive. Un atome contient autant de protons que d électrons. Remarque : Chaque type d atome possède un nombre différent de proton dans son noyau. On appelle cela le numéro atomique.

6 Exemple : A remplir avec le tableau périodique Atome Symbole Nombre d électrons Charge du noyau Carbone C 6 6 Hydrogène H 1 1 Oxygène O 8 8 Azote N 7 7 Fer Fe Chlore Cl Cuivre Cu Sodium Na Exercice 6 : Constitution d un atome Exercice 7 : Constitution d un atome Exercice 8 : Constitution d un atome Exercice 9 : Constitution d une molécules

7 D) Fusée et énergie Les essais du moteur ionique russe réussis KB Khimautomatiki (KBKhA) est un bureau russe de design et d'ingénierie qui, depuis déjà plus d'un demi-siècle, est spécialisée dans la conception et la construction de moteurs à propergol liquide, notamment, pour les fusées Soyouz et Proton. Ce bureau, a effectué avec succès la première série d'essais d un nouveau moteur-fusée ionique. Les tests ont confirmé les caractéristiques du moteur prévues dans les spécifications techniques, a rapporté le holding spatial russe Roskosmos sur son site officiel. Le moteur a été développé conjointement avec l'institut d'aviation de Moscou (MAI). Tandis que la construction et le perfectionnement des moteurs conventionnels à propergol liquide restent l'objectif principal, le développement des moteurs ioniques est un nouveau domaine d'activité pour le bureau. Le moteur conventionnel Dans les fusées conventionnelles, la matière éjectée par le propulseur résulte d'une réaction chimique de combustion (réaction entre du dioxygène et du dihydrogène pour former de la vapeur d'eau, pour Ariane 5). Ce type de moteur peut alors produire une poussée considérable, atteignant des centaines de tonnes, mais pendant des durées très limitées (quelques centaines de secondes au plus). En effet, à chaque seconde, des centaines de kilogrammes de propergol (carburant) peuvent ainsi être brûlés. Cette technique implique que les réserves en combustible soient énormes. Les fusées sont donc limitées par la masse qu'elles peuvent emporter à leur bord, avec la nécessité d'arracher cette masse à l'attraction terrestre. Le moteur ionique Un moteur ionique est un moteur où la force de propulsion est créée par la projection d'ions à très haute vitesse. Les atomes de carburant ne sont pas brûlés mais ionisés dans un champ électrique. Les ions de gaz (généralement du xénon) passent par deux grilles fortement chargées électriquement et subissent ainsi une accélération. Cette force d'accélération provoque une force de réaction de sens opposé et voilà, cela donne la force de propulsion du moteur à ions. 1. Avec les moteurs ioniques, seule la masse à éjecter est embarquée, l'énergie de l'éjection peut être collectée sur place avec des panneaux solaires 2. Le moteur ionique peut fonctionner très longtemps sans s'arrêter, si nécessaire durant des années 3. Ces moteurs sont très efficaces leur rendement est compris entre 60 et 80% 4. Les fusées dotées de tels moteurs sont plus sûres car le carburant est conservé sous une forme qui permet de prévenir les risques d'explosion dans l'espace ouvert 5. Ils sont plus économiques ils consomment moins de carburant En dépit de ses avantages, ces moteurs ne conviennent pas pour le lancement de véhicules spatiaux, à cause de leur faible poussée (deux à trois cent grammes maximum). Cependant, ces moteurs peuvent être utilisés pour des tâches diverses que ce soit la correction et la stabilisation des positions des satellites en orbite ou des vols d'une très longue durée dans l'espace lointain. D après Le du 11/08/2016 Questions : Moteur conventionnel 1. Quels phénomènes subissent les molécules de carburant? 2. Cette transformation chimique utilise de l énergie chimique. Quels sont les deux types d énergie qu elle produit? 3. Quel est l avantage principal de ce moteur? 4. Pour quel type de travail est-il indispensable? Moteur ionique 5. Qu arrive-t-il aux atomes de carburant? 6. Les ions sont-il neutres ou chargés? Justifiez avec le texte 7. Quel est l avantage principal de ce moteur? 8. Pour quel type de travail est-il indispensable? Définitions :

8 L énergie utilisée par les transformations chimiques s appelle l énergie chimique. L énergie de mouvement s appelle l énergie cinétique. E) Les ions 1) Introduction Expérience : on verse le l acide nitrique sur du cuivre. Acide nitrique Gaz roux Cuivre métallique On agite Liquide bleu Observation : Le cuivre disparaît. Un gaz roux se dégage. Lorsque que tous le gaz est parti, il reste un liquide bleu. Conclusion : Une substance disparaît et deux substances apparaissent : il s agit d une transformation chimique. Remarque : L acide nitrique a capturé deux électrons des atomes de cuivre. Ces atomes sont devenus des ions cuivre bleus.

9 2) Définition-exemple Les ions : définitions et exemples Un atome possède d'électrons que de charges positives Un ions possède un nombre de charges négatives du nombre de charge positive Un atome est électriquement Un ion est électriquement Pour se transformer en ion, les atomes peuvent ou des. Exemples : - 2 électrons en moins - électron en moins - - Cours et exo automatisé à faire + Atome de cuivre Atome de sodium 1 électron en moins 29+ Ion cuivre II + Ion sodium Exercice 10 : Constitution d un ion Exercice 11 : Constitution d un ion Exercice 12 : Constitution d un ion Exercice 13 : Constitution d un ion Exercice 14 : Constitution d un ion Exercice 15 : Constitution d un ion Bilan : Identifier qui subit et qui agit dans une action mécanique. Indiquer la direction et le sens d une force Indiquer la direction et le sens d une vitesse Repérer un mouvement accéléré. Repérer un mouvement décéléré. Identifier l énergie chimique. Identifier l énergie thermique. Identifier l énergie cinétique Donner la formule de calcul de vitesse en km/h 1 + Atome d hydrogène Atome de chlore 1 électron en plus _+ Ion hydrogène Formule : H Ion chlorure

10 Calculer la vitesse avec la formule Savoir ce qu est un mouvement uniforme Calculer la distance avec la formule Savoir ce qu est une unité astronomique Calculer avec des puissances de 10 Décrire l intérieur de l atome. Savoir que l électron est négatif, le proton positif et le neutron est neutre. Savoir ce qu est une particule chargée. Savoir qu un atome est neutre, pas un ion. Savoir qu un atome contient autant de proton que d électrons Connaitre la différence entre un ion et son atome Calculer les charges dans un ion