Rendre le sujet en entier à l issue du devoir

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1 CLASSE : 2 9 Prof : MONDOT Jeudi 19 Octobre Nbre d ex. : 35 Durée : 55 min Consignes à lire attentivement Répondre sur feuille copie double Faire un effort de présentation Rendre le sujet en entier à l issue du devoir La calculatrice est autorisée 1 point de pénalité sera attribué pour chaque consigne non respectée Evaluation des compétences transversales Connaissances des savoirs et savoir-faire. Application des méthodes : réaliser un tableau, un graphique, des calculs, étude statistique, écriture scientifique. Raisonner : Exploiter des documents, des résultats d expériences, résoudre un problème, avoir un sens critique. Expression écrite : communiquer dans un langage scientifiquement approprié et le plus clairement possible. C A R E Document 1 : Longueur et ordre de grandeur mouche atome distance Terre- Soleil diamètre d un cheveu train rayon de la Terre molécule notre galaxie hauteur d une montagne Soient les tailles suivantes : 1, km - 1, km - 4,4 km km - 1,0 cm - 0,1 nm - 90,5 μm m - 10 nm Rappel : Données : 1 année-lumière (a.l) vaut 9, m et 1 unité astronomique (u.a ou distance Terre-Soleil) vaut 1, m. Page 1 sur 5

2 Document 2 : Voir loin c est voir tôt! La lumière met énormément de temps pour nous parvenir des étoiles. Hubert Reeves nous explique pourquoi cela présente plutôt un avantage. Nous savons aujourd'hui que, comme le son, la lumière se propage à une vitesse bien déterminée. En 1675, étudiant le mouvement des satellites de Jupiter, l'astronome danois Römer a mis en évidence certains comportements bizarres. Ces comportements s'expliquent si on admet que la lumière met quelques dizaines de minutes pour nous arriver de Jupiter. Cela équivaut à une vitesse d'environ trois cent mille kilomètres par seconde, un million de fois plus vite que le son dans l'air. Il faut bien reconnaître que, par rapport aux dimensions dont nous parlons maintenant, cette vitesse est plutôt faible. A l'échelle astronomique, la lumière progresse à pas de tortue. Les nouvelles qu'elle nous apporte ne sont plus fraîches du tout! Pour nous, c'est plutôt un avantage. Nous avons trouvé la machine à remonter le temps! En regardant "loin", nous regardons "tôt". La nébuleuse d'orion nous apparaît telle qu'elle était à la fin de l'empire romain, et la galaxie d'andromède telle qu'elle était au moment de l'apparition des premiers hommes, il y a deux millions d'années. A l'inverse, d'hypothétiques habitants d'andromède, munis de puissants télescopes, pourraient voir aujourd'hui l'éveil de l'humanité sur notre planète [ ] Certains quasars sont situés à douze milliards d'années-lumière. La lumière qui nous en arrive a voyagé pendant douze milliards d'années, c'est-à-dire quatre-vingt pour cent de l'âge de l'univers C'est la jeunesse du monde que leur lumière nous donne à voir au terme de cet incroyable voyage. Hubert Reeves «Patience dans l'azur» éditions du Seuil 1981 Document 3 : Mesure de l indice de réfraction d une espèce chimique. Une cuve demi-cylindrique est remplie d une solution liquide appelée «Milieu 1» (voir figure cidessous). Elle est entourée d un second milieu, lui aussi transparent pour la lumière et nommé «Milieu 2». Un rayon de lumière, issu d une source, traverse l ensemble des deux milieux comme le montre la figure. Figure 1 : du montage expérimental Figure 2 : Données sur la vitesse de la lumière dans différents milieux Page 2 sur 5

3 Des élèves ont préparé plusieurs solutions salines dont la concentration varie de 0,02 % en masse de sel jusqu à 0,25 % pour la plus concentrée. Tableau des données de l expérience. Figure 3 Ils ont ensuite sélectionné une des solutions précédentes qu ils ont disposés dans la cuve demicylindrique. Le milieu 2 est constitué par l air ambiant de la pièce. Les résultats de mesure des angles incident et réfracté, puis des calculs des sinus correspondants sont fournis sur les graphiques suivants. Figure 4 Figure 5 Page 3 sur 5

4 Document 4 : question ouverte Hauteur d une protubérance solaire. Le Soleil, distant de 150 millions de km de la Terre, a un diamètre de l ordre de 1, km. La Terre, quant à elle, a un rayon de 6, km. La photo ci-dessus, prise par la station spatiale Skylab le 19 décembre 1973, montre une des plus grandes protubérances solaires jamais enregistrées. On souhaite déterminer la hauteur réelle de la protubérance. Page 4 sur 5

5 Questions C A R E 1) Compléter le tableau du document 1 avec les données des tailles fournies dans ce même document. 2) Ré-écrire la longueur du rayon de la Terre en écriture scientifique, avec l unité du système international (S.I) et avec 2 chiffres significatifs. * 3) Définir l année-lumière. * 4) Combien d unités astronomiques sont contenus dans une année-lumière? * 5) Quelle durée parcourt la lumière lorsqu elle part du Soleil pour arriver à la surface terrestre? On utilisera la valeur de la célérité de la lumière avec 2 chiffres significatifs et en unité S.I. * 6) Expliquer la phrase du texte de H.Reeves (document 2) : «En regardant "loin", nous regardons "tôt"». 7) Toujours à partir du texte, retrouver l âge de l Univers. * 8) Compléter le schéma de la figure 1 du document 3 selon les conventions associées à la réfraction. La légende doit être complète et précise. 9) Expliquer en quelques lignes ce qu est la réfraction de la lumière. Quelle est son origine? 10) Rappeler les deux lois de la réfraction de Snell-Descartes. 11) Comment évolue l indice de réfraction en fonction de la concentration en sel de la solution? (Document 3, figure 3). Justifier cette évolution. 12) Question ouverte n 1 : A l aide des informations du document 3 et des graphiques, proposer et réaliser le protocole qui permet de dire si la solution dans la cuve cylindrique est peu ou très salée. Toute démarche justificative sera valorisée. 13) Question ouverte n 2 : Proposer le protocole puis réaliser le calcul qui permet de déterminer la valeur de la hauteur H de la protubérance solaire (document 4). * BILAN Commentaires C A R E Nombre d étoiles Nombres d étoiles acquises Niveau de compétence Note Page 5 sur 5

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