2nd Phys7 TP Quand Mars fait demi

2nd Phys7
TP
Quand Mars fait demi-tour!
Compétences :
► Comprendre que la nature du mouvement observé dépend du référentiel choisi.
Objectifs de cette séance :
► Etudier la trajectoire de Mars dans deux référentiels différents.
► Voir que le mouvement de Mars est relatif à un référentiel.
► Comprendre le phénomène de rétrogradation de Mars.
► Utiliser Stellarium qui est un logiciel qui affiche le ciel pour une date et un lieu librement choisis.
Il peut être téléchargé librement à l’adresse suivante : http://www.stellarium.org.
L’étymologie du mot « planète » signifie « astre errant ». Les planètes ont été désignées ainsi, car, en observant le ciel
chaque jour à la même heure, elles semblent se déplacer par rapport aux étoiles.
I Observer le phénomène de RÉTROGRADATION de MARS.
Vocabulaire :
▪ Le corps ou point dont on étudie le mouvement est appelé : le système.
▪ L’objet de référence par rapport auquel on étudie le mouvement est appelé : le référentiel.
▪ Le référentiel lié au centre de la Terre est dit géocentrique. Un référentiel lié à un point de la surface de la Terre est dit
terrestre. Le référentiel lié au Soleil est dit héliocentrique.
▪ Dans un référentiel donné, l’ensemble des positions successives occupées par ce point au cours de son mouvement est
appelé trajectoire
▪ Dans un référentiel donné, si la trajectoire d’un point est une portion de droite alors le mouvement est rectiligne
▪ Dans un référentiel donné, si la trajectoire d’un point est une portion de courbe alors le mouvement est curviligne
Manipulation :
Le logiciel de simulation astronomique Stellarium permet
d’observer la position de la planète Mars (système) depuis
la Terre (référentiel). Doc 1 et annexe.
 Lancer le logiciel et le paramétrer afin qu’il indique
les lignes et les noms des constellations.
 Observer le ciel de Paris en direction de l’est
de 1er novembre 2009 à 2 h 00 en arrêtant l’écoulement
du temps.
 Rechercher la planète Mars, puis centrer l’observation sur
l’une des étoiles de la constellation du Cancer.
Repérer la position de Mars par rapport à cette
constellation.
 Observer, jour après jour, toujours à la même heure,
le déplacement de Mars par rapport à la constellation
du Cancer.
Poursuivre l’observation jusqu’en avril 2010.
Doc 1
Exploitation :
1-Que se passe-t-il aux alentours du 20 décembre 2009, puis du10 mars 2010 ?
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2-Pourquoi parle-t-on de mouvement de rétrogradation ?
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3-Les rétrogradations de Mars se poursuivent environ tous les deux ans.
A l’aide du logiciel, chercher les dates de début et de fin de la prochaine rétrogradation de Mars.
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I Comprendre le phénomène de RÉTROGRADATION de MARS.
Le Doc 2 représente vingt positions simultanées de la Terre [T1, T2, …] et de Mars [M1, M2, …] autour du Soleil.
Toutes les planètes du système solaire, entre autres la planète Mars tournent autour du centre du Soleil. Dans le
référentiel héliocentrique, elles possèdent une trajectoire circulaire.
Depuis la surface de la Terre, un observateur constate cependant que le centre de la planète Mars possède
une trajectoire complexe. (Doc 3)
Ces deux observations sont-elles contradictoires ?
Manipulation :
Matériel : Une feuille de papier calque, règle et équerre.
Consigne : Vous allez construire la trajectoire du point
M (Mars) par rapport à un solide de référence, une feuille
mobile de papier calque. Le point T (Terre) est fixe par
rapport à cette feuille, dont les bords doivent rester
parallèles à ceux du cadre du Doc2.
Protocole :
 Tracer sur une feuille de papier calque deux droites
perpendiculaires passant pas le centre de la feuille.
Noter T l’intersection de ces deux droites.
 Superposer la feuille de papier calque au doc 2 en
plaçant le point T sur la position T1de la Terre et en
disposant les droites dessinées parallèlement aux
bords du cadre du doc 2 ou aux axes du repère lié au
Soleil. Quand le centre de la Terre est en T1, le centre
de Mars est en M1. Marquer la position M1 de Mars sur
la feuille de papier calque.
 Déplacer la feuille en maintenant les deux droites
parallèlement aux axes du repère lié au Soleil pour
faire coïncider le point T avec la position de T2 du
centre de la Terre .Marquer la position M2 de Mars sur
la feuille de papier calque.
 Recommencer la même manipulation pour toutes les
autres positions des centres de la Terre et de Mars.
Doc 2 : Positions simultanées de la Terre (T) et de Mars (M) autour du Soleil.
Sur ce schéma, le Soleil est considéré fixe.
Les axes représentés sont dirigés vers des étoiles lointaines considérées fixes
par rapport au Soleil.
Exploitation :
1-Relier les points Mi (avec i = 1,2…20) sur le doc. 2
Que représente cette courbe ?
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Quel est le solide de référence choisi (référentiel) ?.....................
2-Quel solide de référence est matérialisé par la feuille de papier
calque ?..............................................................................................
3-Relier les points Mi (avec i = 1,2…20) sur le calque. Que représente
cette courbe ?……………………………………………………………….
Doc 3 : Trajectoire du centre de Mars vue par un
observateur
situé sur la surface terrestre.
4-Dans quel référentiel un observateur voit-il la trajectoire de Mars illustrée dans le Doc 3 ?
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5-Comment se fait-il que le centre de Mars puisse avoir deux trajectoires différentes ?
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6-En étudiant le mouvement de Mars observé depuis la Terre et le mouvement de Mars par rapport au Soleil, justifier
l’expression « le mouvement est relatif ».
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Conclusion :
La trajectoire de Mars dans le référentiel héliocentrique est un cercle alors que la trajectoire de Mars dans le
référentiel géocentrique (papier calque) ou terrestre (Doc3) sont différentes, donc la trajectoire de Mars dépend
du référentiel choisi, d’où la trajectoire et donc le mouvement de Mars est « relatif à un référentiel ».