Une première présentation de l Univers. Thème : Univers

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1 Une première présentation de l Univers Thème : Univers

2 Objectifs 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 Connaître les termes : Atome/la Terre/le Système Solaire/ la Galaxie/les autres Galaxies/Exoplanètes et Systèmes planétaires extrasolaires Savoir que la lumière se propage de manière rectiligne Connaître la valeur de la vitesse de la lumière dans le vide Connaître l intérêt et la définition de l année lumière Expliquer l expression «Voir loin, c est voir dans le passé» Utiliser les puissances de 10 dans l évaluation des ordres de grandeur

3 I. L Univers, du très petit au très grand ACTIVITE 1 : L Univers, du très petit au très grand Dans un atome, l espace dans lequel les électrons se déplacent autour du noyau est vide. Le système solaire est composé de 8 planètes: Mercure, Vénus, Terre, Mars, Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune On y retrouve également d autres objets de différentes Moyen Mnémotechnique : Mon Vaisseau Te Mènera Jusque Sur Un Nuage tailles : poussières, astéroïdes, comètes

4 I. L Univers, du très petit au très grand Une galaxie est un regroupement d étoiles. Notre galaxie est la Voie Lactée

5 I. L Univers, du très petit au très grand Autour de certaines de ces étoiles se trouvent des planètes, appelées exoplanètes et des systèmes planétaires extrasolaire. De l atome aux galaxies, le remplissage de l espace par la matière est essentiellement lacunaire (constitué de vide).

6 II. La lumière pour mesurer les distances 1) Propagation de la lumière La lumière se propage en ligne droite dans un milieu homogène. 2) Vitesse de la lumière Extrait vidéo : L Histoire des mesures de la vitesse de la lumière La vitesse de la lumière dans le vide et dans l air est de 3, m.s -1 La distance d parcourue par la lumière pendant la durée Δt est : Unités : d en m c en m.s -1 Δt en s

7 II. La lumière pour mesurer les distances Pour mesurer des distances très grandes entre des astres, on utilise l année de lumière Définition : L année de lumière (notée a.l.) est la distance parcourue par la lumière dans le vide, en une année. Combien de mètres représente une année de lumière? 1 a.l. = 9, m

8 II. La lumière pour mesurer les distances 3) Voir loin, c est voir dans le passé ACTIVITE 2 : Activité documentaire Plus un objet cosmique est éloigné, plus sa lumière met de temps à nous parvenir. Nous le percevons alors tel qu il était au moment où il a émis de la lumière. La lumière est émise par des objets lointains témoigne du passé de l Univers

9 III. Unité et Ordre de grandeur 1) Unité de longueur L unité de longueur du Système International (S.I.) est : le mètre (m) 2) Ordre de grandeur L ordre de grandeur est égal à la puissance de 10 qui se rapproche le plus de sa valeur.

10 Spectres lumineux Thème : Univers

11 Objectifs Savoir qu un corps chaud émet un rayonnement continu, dont les propriétés dépendent de la température. Repérer, par sa longueur d onde dans un spectre d émission ou d absorption une radiation caractéristique d une entité chimique. Utiliser un système dispersif pour visualiser des spectres d émission et d absorption et comparer ces spectres à celui de la lumière blanche. Savoir que la longueur d onde caractérise dans l air et dans le vide une radiation monochromatique. Interpréter le spectre de la lumière émise par une étoile : température de surface et entités chimiques présentes dans l atmosphère de l étoile. Connaître la composition chimique du Soleil. Connaître les notions de spectres d émission et d absorption, continus et de raies.

12 I. Spectre continu d origine thermique Fortement chauffé, un corps solide, liquide ou gazeux sous forte pression émet un rayonnement d origine thermique, dont le spectre est continu. Le spectre d émission d un corps fortement chauffé dépend de sa température. Quand elle augmente, des radiations de longueurs d onde de plus en plus petites apparaissent. EXERCICE : 4 p 37

13 II. Spectres de raies 1) Spectres de raies d émission La lumière émise par un gaz excité est composée d une ou plusieurs radiations monochromatiques (c est-à-dire d une «seule couleur»). Elles sont déviées différemment selon leur couleur par un prisme. La figure observée sur un écran est un spectre de raies d émission.

14 II. Spectres de raies A chaque radiation monochromatique est associée une longueur d onde. Une longueur d onde lumineuse s exprime couramment en nanomètre (nm) ou en micromètre (µm). Elle est généralement notée λ (lambda).

15 II. Spectres de raies Chaque entité chimique a un spectre de raies d émission qui lui est propre. L observation des raies caractéristiques d une entité chimique dans la lumière émise par un gaz excité y révèle la présence de cette entité.

16 II. Spectres de raies 2) Spectres de raies d absorption Une entité chimique (atome ou ion) ne peut absorber que les radiations qu elle est capable d émettre. Les longueurs d onde de ses raies d absorption sont égales à celles de son spectre d émission. Le spectre d absorption permet donc de caractériser l entité chimique présente dans le gaz chaud. EXERCICES : 6 et 11 p 38

17 III. Spectres d étoiles 1) L émission de lumière La lumière d une étoile provient de sa photosphère. Cette couche de gaz chaud et dense émet un rayonnement thermique dont le spectre est continu. La couleur de l étoile dépend donc directement de la température de sa photosphère.

18 III. Spectres d étoiles 2) L absorption par l atmosphère Parmi les radiations de la lumière émise par la photosphère, certaines sont absorbées par les entités chimiques contenues dans l atmosphère de l étoile. L analyse des raies d absorption du spectre d une étoile renseigne donc sur la composition chimique de son atmosphère. Composition de l atmosphère du Soleil EXERCICES : 15 p 39 et 17 p

19 La gravitation universelle Thème : Univers

20 Objectifs Calculer la force d attraction gravitationnelle qui s exerce entre deux corps à répartition sphérique de masse. Savoir que la pesanteur terrestre résulte de l attraction terrestre. Comparer le poids d un même corps sur la Terre et sur la Lune. Analyser des documents scientifiques portant sur l observation du système solaire.

21 I. Gravitation universelle 1) Interaction gravitationnelle En 1687, Newton décrit dans l une de ses œuvres majeures, les mouvements des planètes et des satellites : il affirme que tous les corps s attirent mutuellement et parle d interaction gravitationnelle.

22 I. Gravitation universelle 2) Loi de l attraction universelle L interaction gravitationnelle entre deux corps ponctuels A et B, de masses respectives m A et m B séparés d une distance d, est modélisée par des forces d attraction gravitationnelle et dont les caractéristiques sont les suivantes : Direction : la direction de la droite AB Sens : vers le centre attracteur, A pour et B pour Valeur : Unités : Masses en kilogramme (kg), distance en mètre (m), forces en Newton (N) G = 6, N.m².kg -2

23 I. Gravitation universelle 3) Généralisation : application aux astres Un corps à répartition sphérique de masse est un corps dont la matière est répartie de façon uniforme ou un corps formé de couches concentriques homogènes de matière. La loi de l attraction gravitationnelle se généralise à des corps de répartition sphérique de masse. La loi de l attraction gravitationnelle a un caractère universel car elle s applique à tout l Univers, aussi bien aux interactions entre les astres qu aux interactions entre la Terre et les objets de son voisinage.

24 II. Poids et force d attraction gravitationnelle 1) Caractéristiques du poids A la surface de la Terre, un corps de masse m est soumis à la pesanteur. Son poids est représenté par un vecteur ayant les caractéristiques suivantes : Direction : celle de la verticale Sens : De haut en bas Valeur : Unités : Poids (en N), masse (en kg) et g (en N.kg -1 ) A Paris, g = 9,81 N.kg -1 2) Poids d un corps et attraction gravitationnelle On identifie le poids d un corps à la force d attraction gravitationnelle exercée par la Terre sur ce corps. La valeur du poids carie selon l altitude et la latitude du lieu où on se trouve.

25 II. Poids et force d attraction gravitationnelle 3) Poids terrestre et poids lunaire Le poids lunaire d un corps s identifie à la force gravitationnelle exercée par la Lune sur ce corps La valeur du poids d un objet sur la Lune est environ 6 fois plus faible que sur la Terre.

26 III. Observation du système solaire Depuis l espace la Terre est auscultée en permance par de nombreux satellites : Météostat, le système GPS (Global Positioning System), Galileo Le système solaire est lui aussi très observé de part les nombreuses explorations qui ont été mises en place.