L’Univers/Où aller/ Séquence 2 – Explorer l’Univers








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date de publication27.03.2017
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Groupe formateurs Lycée-Académie de Toulouse

2nde

L’Univers/Où aller/ Séquence 2 – Explorer l’Univers

Capacités travaillées par tous les élèves :




  • Exploiter une relation

  • Utiliser la calculatrice

  • Convertir les unités

  • Exprimer un résultat

  • Interpréter des résultats





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



Cette activité fait suite à l’activité 1.a réalisée à partir du livre numérique intitulé «  Petite visite 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 issue du livre numérique.

    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 ?

1.2. 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 sur votre cahier de réflexion*.

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 sur votre cahier de réflexion*.

2.2.2. En supposant qu’une sonde spatiale, hors de la gravité terrestre, peut avoir une vitesse de 10 km/s compléter la cinquième ligne du tableau 1 en justifiant vos calculs sur votre cahier de réflexion*.

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

* Le cahier de réflexion est un cahier sur lequel l’élève exprime ses réflexions/hypothèses/raisonnements, prends des notes au cours des activités qui lui sont proposées. Ce cahier devrait aider l’élève à comprendre ses erreurs, à réaliser des synthèses d’activités, ….

II. Prolongement : (25 min)

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 mètre ! 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 14 km/h)

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

 A la vitesse d’un escargot ! (environ 14 m/h)

Justifier votre réponse.

Grille d’auto-évaluation




Capacités travaillées

Critères de Réussite

Oui

Non

Restituer des connaissances

Je connais

La valeur de la vitesse de la lumière dans le vide







La définition de l’année lumière








Exploiter une relation

Je connais

La relation qui relie la vitesse de propagation de la lumière, la distance parcourue par la lumière et la durée de parcours







Je suis capable

D’exprimer la distance en fonction de la vitesse et de la durée







D’exprimer la durée en fonction de la vitesse et de la distance







Utiliser la calculatrice

Je suis capable

De réaliser une application numérique







Convertir les unités

Je suis capable

De réaliser des conversions d’unité de distance







De réaliser des conversions d’unité de durée







Exprimer un résultat

Je suis capable

D’exprimer un résultat en écriture scientifique







De trouver l’ordre de grandeur d’un résultat







Interpréter des résultats

Je suis capable

A partir des résultats obtenus de me rendre compte de l’immensité de l’Univers et de délimiter une région de l’espace qui nous sera accessible avec les moyens actuels…






Exploration de l’Univers

Fiche de synthèse

Corps céleste

Mars

Jupiter

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

6,3.108 km










Ordre de grandeur de ces distances en mètre
















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
















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















Tableau 1 : L’immensité de l’Univers.


Corps céleste

Mars

Jupiter

Proxima du Centaure

Epsilon Eridani

Andromède

Distances Terre-Corps céleste

1 m













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

Jupiter

Proxima du Centaure

Epsilon Eridani

Andromède

Type

Planète



Planète



Etoile



Exoplanète



Galaxie



Distance Terre-Corps céleste

en année lumière (al)

8,2.10-6

6,6.10-5

4,3

10

2,6.106

Distance Terre-Corps céleste

en kilomètre (km)

7,8.107

6,3.108

4,1.1013

9,5.1013

2,8.1019

Ordre de grandeur de ces distances en mètre

1011

1012

1016

1017

1022

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

4,3 min

35 min

4,3 ans

10 ans

2,6 millions d’années

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

90 jours

2 ans

130000 ans

 300000 ans

82 milliards d’années



II. Prolongement : (25 min)



Corps céleste

Mars

Jupiter

Proxima du Centaure

Epsilon Eridani

Andromède

Distances Terre-Corps céleste

1 m

8 m

 520 km

1300 km

330 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 escargot !!!, soit à 14 m à l'heure.

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