Activité 1 : Où pourrait-on aller dans l’Univers ? (d’après une activité d’un groupe de formateurs de l’académie de Toulouse)








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date de publication27.03.2017
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Activité 1 : Où pourrait-on aller dans l’Univers ? (d’après une activité d’un groupe de formateurs de l’académie de Toulouse)
I. L’année de lumière… Immensité de l’Univers
Après avoir visité l’Univers et rencontré certains objets célestes qui le composent, posons-nous la question de savoir sur lequel de ces objet nous pourrions espérer aller pour y vivre … en répondant aux questions suivantes :


  1. Une nouvelle unité de distance : L’année lumière ou l’année de lumière.

    1. Rappeler la définition de l’année lumière.

    2. Quelle est la relation entre la vitesse (célérité) de la lumière, la distance parcourue (d) et la durée du parcours (t) ?

    3. Quelle est la valeur de la vitesse de la lumière dans le vide ?

1.4. Convertir 1 al en km et exprimer le résultat en écriture scientifique.

  1. L’immensité de l’Univers ….

2.1. Concernant les distances qui séparent les objets célestes :

En vous répartissant le travail, compléter les lignes correspondantes du tableau 1 en justifiant vos calculs.

2.2. Concernant les durées qu’il faut envisager pour atteindre ces objets célestes :

2.2.1. Compléter la quatrième ligne du tableau 1 en justifiant vos calculs.

2.2.2. En sachant qu’une sonde spatiale, hors de la gravité terrestre, peut avoir une vitesse de 5000 km/h, soit environ 1,400 km/s compléter la cinquième ligne du tableau 1 en justifiant vos calculs.

  1. Bilan : Répondre à la question posée en détaillant vos propos …

II. Prolongement
Pour mieux se rendre compte de cette immensité, mettons l’Univers « à portée de main » des élèves ! …


  1. Imaginons que la distance Terre-Mars soit de 1,0 cm ! A quelle distance se trouveraient les différents objets célestes étudiés précédemment ? Compléter la première ligne du tableau 2.

2. Si vous réalisiez une maquette présentant les différents corps célestes étudiés, et que vous vouliez montrer à vos camarades le déplacement du vaisseau pour aller de la Terre vers un de ces corps, à quelle vitesse devriez-vous le déplacer sur la maquette ?

 A la vitesse d’un petit rongeur (environ 1,4 km/h)

 A la vitesse d’un escargot (environ 1,4 m/h)

 A la vitesse d’un escargot borgne et fiévreux ! (environ 14 cm/h)

Justifier votre réponse.

Exploration de l’Univers

Fiche de synthèse

Corps céleste

Mars

Neptune

Proxima du Centaure

Epsilon Eridani

Andromède

Type

Planète


Planète

Etoile


Exoplanète


Galaxie


Distance Terre-Corps céleste

en année lumière (al)







4,3 al

10 al

2,6.106 al

Distance Terre-Corps céleste

en kilomètre (km)

78 millions de km

850 millions de km










Ordre de grandeur de ces distances en mètre

1011 m













Durée du voyage en minutes dans le cas où le vaisseau se déplace à la vitesse de la lumière
















Durée du voyage en années dans le cas où le vaisseau se déplace à la vitesse d’une sonde















Tableau 1 : L’immensité de l’Univers.


Corps céleste

Mars

Neptune

Proxima du Centaure

Epsilon Eridani

Andromède

Distances Terre-Corps céleste

1,0 cm













Vitesse du vaisseau …



Tableau 2 : L’Univers « à portée de main »


Prérequis



 Vitesse de la lumière dans le vide (4ème)

 La notion de vitesse qui a été abordée en mathématiques en classe de quatrième et utilisée en physique en classe de quatrième lors de l’étude de la lumière

 S’appuyer sur les connaissances des élèves sur le système solaire (3ème)

 Définition de l’année lumière que les élèves auront découverte à l’occasion de l’activité précédente sur la découverte de l’Univers
Objectifs de la séance



L’objectif de cette séance est de permettre aux élèves d’appréhender l’immensité de l’Univers pour leur permettre de conclure qu’avec les moyens actuels nous ne pourrons pas espérer aller explorer des planètes en dehors de notre bon vieux système solaire ! Le critère de sélection utilisé étant la durée de vie moyenne d’un humain.

Cette séance sera l’occasion de réinvestir des connaissances et capacités déjà travaillés par les élèves. Un travail par groupe avec mutualisation des résultats peut être envisagé pour gagner un peu de temps et permettre aux élèves de traiter le prolongement proposé.


I. Où pourrait-on aller dans l’Univers ? (60 min)




Corps céleste

Mars

Neptune

Proxima du Centaure

Epsilon Eridani

Andromède

Type

Planète



Planète

Etoile



Exoplanète



Galaxie



Distance Terre-Corps céleste

en année lumière (al)

8,2.10-6

9,0.10-5

4,3

10

2,6.106

Distance Terre-Corps céleste

en kilomètre (km)

7,8.107

8,5.108

4,1.1013

9,9.1013

2,5.1019

Ordre de grandeur de ces distances en mètre

1011

1012

1016

1017

1022

Durée du voyage en minutes dans le cas où le vaisseau se déplace à la vitesse de la lumière

4,3

47

2,3.106

5,5.106

1,4.1012

Durée du voyage en années dans le cas où le vaisseau se déplace à la vitesse d’une sonde

1,8

19

9,2.105

2,2.106

5,8.1011



II. Prolongement : (25 min)



Corps céleste

Mars

Neptune

Proxima du Centaure

Epsilon Eridani

Andromède

Distances Terre-Corps céleste

1,0 cm

11 cm

5,2 km

13 km

3,3 million de km

Vitesse du vaisseau …

A cette échelle de distance là, pour atteindre ces corps célestes à la vitesse de la lumière, le vaisseau devrait se déplacer sur la maquette à la vitesse d'un vieil escargot fatigué !!!, soit à 14 cm à l'heure.

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