AUTOUR DE LA LUNE...

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1 AUTOUR DE LA LUNE... DOCUMENT 1 APPOLO XV : UNE EXPERIENCE HISTORIQUE SUR LA LUNE. Trois cents ans après la découverte de la loi de la chute libre par Galilée, les astronautes de la mission Appolo XV ont pu vérifier sa validité sur la Lune. En effet l'absence d'atmosphère sur le satellite naturel de la Terre permet une véritable chute libre, sans aucun frottement. Pour rendre cette expérience spectaculaire David Scott avait apporté avec lui une plume et un marteau. Le document 3 représente le pointage de la chute des deux objets réalisé à partir de la vidéo de l'expérience. La vidéo se compose de 12,5 images par seconde, il y a donc une durée de 1/12,5=80ms entre chaque point du document 3. EXERCICE 1 A partir des documents 1 et 2 1) Dans le référentiel lunaire étudier le mouvement de la plume, en déduire son mouvement en précisant soigneusement vos étapes et loi utilisée. 2) Quel est le mouvement du marteau dans le référentiel du marteau? 3) Quel est est le mouvement de la plume dans le référentiel du marteau? 4) Calculer les vitesses de la plume aux points G 5 et G 13. 5) La loi de la chute libre trouvée par Galilée est v=a x t avec v vitesse de l'objet, t durée écoulée depuis le début de la chute libre et a accélération du mouvement en m.s -2. Exprimer l'accélération en fonction de la vitesse v et du temps t. 6) Calculer à partir de la vitesse v 13 calculée au 4) la valeur de l'accélération a lune 7) Sur la Terre la valeur de l'accélération de la pesanteur est a terre = 9,8m.s - ², comparer les valeurs de a terre et a lune. Que peut-on en conclure?

2 8) Faire un schéma et rappeler la formule donnant les forces de gravitation universelle F A/B et F B/A s'exerçant entre deux corps de masse m A et m B séparés par une distance d AB. 9) A partir des données suivantes, exprimer (formule 1) puis calculer la force d'attraction, appelée poids lunaire, exercée par la Lune sur un objet posé à sa surface. m objet =1kg m lune =7, kg R lune =1740km constante gravitationnelle G=6, SI 10) Le poids lunaire peut s'exprimer comme sur Terre par la formule (formule 2) P lune =m x g lune Ce poids est égal à la force d'attraction de la lune sur l'objet, exprimée et calculée à la question 9. En égalant les deux formules 1 et 2, simplifier par la masse m objet et exprimer la valeur de g lune en fonction de G, m lune et R lune. Calculer cette valeur et la comparer à celle obtenue à la question 6.

3 DOCUMENT 2

4 CORRECTION DOC 1 ET 2 1) Nous nous plaçons dans le référentiel lunaire, le système étudié est la plume qui n'est soumise qu'à une seule force : l'attraction de la lune. La plume n'est donc pas soumise à des forces qui se compensent, d'après la 1ère loi de Newton, son mouvement ne peut pas être rectiligne uniforme. L'enregistrement montre qu'il est rectiligne accéléré. 2) Dans le référentiel du marteau le marteau est immobile. 3) Dans le référentiel du marteau la plume est aussi immobile car les deux objets ont le même mouvement de chute libre. 4) v 13 = G 12 G 14 /2T=1,66 m.s -1 5) v=at donc a=v/t 6) a lune = 1,66/1,040=1,6m.s -2 7) a terre /a lune =9,8/1,6=6,1 l'accélération de la pesanteur de la terre est plus de six fois supérieure à celle de la lune donc les objets sont «plus légers» sur la lune et tombent beaucoup moins vite. 8) 9) F lune /objet =G m lune.m objet 7, =6, d OG (1, ) =1,6N 2 P lune =F lune /objet donc m objet.g lune =G m lune.m objet 2 d OG 10) en simplifiant par m objet on obtient g lune =G m lune 7, g lune =6, (1, ) 2 =1,6m.s 2 R lune 2 On obtient bien la même valeur que l'accélération de la pesanteur a lune obtenue à la question 6

5 DOCUMENT 3 Galileo in the XVIIth century was the first scientist to study the free fall of objects by making precise measurements. He observed the free fall of various objects from the leaning Pisa tower and concluded that, as far as the air friction can be neglected, all objects fall on the ground with the same speed. Then in order to find the formula between time and speed, he had the genius idea of making wooden balls rolling down an inclined track. He finaly found that speed is proportionnal to time. v=a x t The coefficient a representing the amount of speed increase per second, in other words, a is the acceleration. Vocabulary : century : siècle scientist : scientifique free fall : chute libre measurement : mesure various : divers leaning Pisa tower : tour penchée de Pise as far as the air friction can be neglected : dans la mesure où le frottement de l'air peut être négligée ground : sol speed : vitesse to find : trouver formule : formule between : entre genius idea : idée géniale wooden balls : boule en bois rolling down : roulant sur inclined track : plan inclinée proportionnal to : proportionnel à amount of increasing speed : l'augmentation de la vitesse Galilée au XVIIe siècle a été le premier scientifique à étudier la chute libre des objets en effectuant des mesures précises. Il a observé la chute libre de divers objets de la tour penchée de Pise et a conclu que, dans la mesure où le frottement de l'air peut être négligé, tous les objets tombent sur le sol à la même vitesse. Ensuite, afin de trouver la formule entre le temps et la vitesse, il a eu l'idée de génie de faire rouler des boules en boist sur une piste inclinée. Il finalement trouvé que la vitesse est proportionnelle au temps. v = a x t Le coefficient a représentant l'augmentation de la vitesse par seconde, en d'autres termes, a est l'accélération. ETUDE DU DOCUMENT 3 La tour de Pise a une hauteur de 55m. Pour tomber en chute libre d'une telle hauteur un objet met environ 3 secondes. Galilée ne possédait aucun moyen pour mesurer précisément des durées de l'ordre de quelques secondes. Pourquoi l'idée du plan incliné sur lequel roule une boule de bois est-elle qualifiée de géniale dans le document 3?

6 CORRECTION Document 3 L'idée de Galilée consiste à étudier un mouvement accéléré de même nature que la chute libre : la boule descend le long du plan incliné en accélérant. Mais si le plan est peu incliné, l'accélération est faible ce qui permet de mesurer des temps assez longs pour être assez précis, ce qui l'a conduit à la formule de la chute libre. Observation de la lune Quand la lune est au zénith, c'est à dire le point le plus haut dans sa course au lieu d'observation, la lumiére qu'elle nous envoie a un angle d'incidence i 1 nul. 1) Compléter alors le schéma 1 A son coucher la lune peut être vue sous l'horizon. En effet on voit sur le schéma 2 que la lumière qu'elle nous envoie est déviée par l'atmosphère et semble provenir de l'horizon. L'angle d'incidence de la lumière lunaire est i 1 = 83,48, l'angle de réfraction par l'atmosphère est i 2 =82,86. 2) Placer ces angles sur le schéma 2 (grossissement) 3) Rappeler les lois de la réfraction de Snell 4) Calculer l'indice de réfraction de l'atmosphère. On rappelle que l'indice de réfraction du vide n vide =1 Que pensez-vous de la valeur trouvée? Pensez vous justifier l'approximation habituelle qui consiste à prendre n air =1? SCHEMA 1

7 SCHEMA 2 CORRECTION 3) Lois de SNELL voir cours 4) n vide sin i sub1=n atmos sin i 2 n atmos =n vide sin i 1 sin i 2 n atmos =1 sin 83,48 =1,0013 sin 82,86 La valeur obtenue est très proche de 1 ce qui justifie l'approximation habituelle n atmos =1

8 Spectres et éléments chimiques MMots manquants : Compléter avec un ou plusieurs mots. a. Le spectre de la lumière émise par un corps dense et chaud est un spectre continu; le spectre de la lumière émise pat un gaz sous faible pression est un spectre de raies... b. Le spectre de la lumière directement émise par une source est un spectre d émission.. Le spectre de la lumière obtenue après traversée d une substance est un spectre d'absorption. c. Un gaz ne peut absorber que les radiations qu il est aussi susceptible d émettre... d. Le spectre de la lumière émise par la photosphère d une étoile constitue le fond continu. 2 ) QCM : Cocher la réponse exacte a. Le spectre représenté ci-dessous est un spectre: de raies d émission de raies d absorption continu b. Lorsque la température augmente, le spectre de la lumière émise par un corps condensé et chaud : s enrichit vers le violet s enrichit vers le rouge devient un spectre de raies c. Le fond continu du spectre d'une étoile donne des renseignements sur: la composition chimique de son atmosphère la température de sa surface la température de son atmosphère d. Les raies du spectre d absorption d un gaz, associées à un même atome: ont les mêmes places que dans le spectre d émission sont plus nombreuses que dans le spectre d émission changent de place suivant la température du gaz e. Les raies sombres du spectre d une étoile sont dues à: la présence de certains gaz dans son atmosphère l absence de certains gaz dans son atmosphère l absence de certains gaz dans sa photosphère

9 QCM Attention toute réponse erronée enlève 0,5 point NOM EXERCICE 1 : La classification périodique des éléments chimiques Cocher la ou les bonnes réponses : aucune justification n'est exigée. 1) Dans la classification périodique, deux éléments ayant des propriétés chimiques semblables sont placés dans une même : ligne colonne période EXERCICE 2 : Composition d'un atome Soient les éléments chimiques suivants : l2 6C et 14 6 C 1 ) Donner la composition de l'atome 14 6C 6 protons, 6 électrons, 14-6=8 neutrons 2 ) Calculer la masse de l'atome de 12 6 C m( C)=12 x m( nucléons)=2.10 kg 2 ) Qu'appelle-t-on isotopes? Des isotopes ont même nombre de protons et des nombre de neutrons différents Données : m( nucléon ) = 1, kg m( électron ) = kg 2) La répartition électronique de l'atome de phosphore est (K) 2 (L) 8 (M) 5. Dans la classification périodique simplifiée, le phosphore se situe dans la 2 ligne 2 eme colonne 3 ème ligne 3 eme colonne 5 eme ligne 5 eme colonne 3) Le brome est situé dans la 4 eme ligne et l avant dernière colonne de la classification périodique. A quelle famille appartient-il? Alcalins Gaz rares Halogènes 4) Le béryllium est situé dans la 2 ème ligne et la 2 colonne. Pour être stable, cet atome doit : perdre gagner protons neutrons électrons L'ion formé a pour formule : Be + Be 2+ Be 3+ Be - Be 2- Be 3- EXERCICE 3 : Solide ionique (2 points) Certaines réactions chimiques sont lentes. On peut les accélérer en ajoutant des catalyseurs. Le chlorure d'aluminium en est un. Quels sont les éléments chimiques présents dans ce catalyseur? Chlore Cl aluminium Al 1) Déterminer leur structure électronique. Cl (K)²(L) 8 (M) 7 Al (K)²(L) 8 (M) 3 2) Quels sont les ions stables qu'ils peuvent former? D'après la règle de l'octet les atomes vont gagner ou perdre un ou plusieurs électrons afin d'acquérir la structure du gaz rare le plus proche dans la classification périodique (8 e - sur la couche périphérique) Al donne Al 3+ (K)²(L) 8 par perte de 3 e - Cl donne Cl - (K)²(L) 8 (M)8 par gain de 1 e- 3) En déduire la formule du chlorure d aluminium. Le chlorure d'aluminium étant neutre sa formule est AlCl 3 Données : Al : ( Z=13 ) Cl : ( Z=17 )