TP n°2 Comparaison de la taille de différents objets

NOM :
Binôme :
Prénom :
Classe :
TP physique n°2 Comparaison de la taille de différents objets
Objectif : Savoir positionner des objets les uns par rapport aux autres sur une échelle des distances.
Utilisation du logiciel Winstars 2 pour déterminer les rayons des orbites des Planètes en unité astronomique.
Utilisation d’une animation flash pour comparer différents objets.
I. Taille comparée de différents objets.
L’objectif de cette partie est de classer les ordres de grandeur des différents objets étudiés au précédent TP sur un axe.
a. Préparation de la graduation.
Prendre une feuille de papier à petits carreaux.
Tracer au centre de la feuille un axe orienté de gauche à droite.
25
- 18
À droite, placer la graduation 10 . Placer les autres graduations régulièrement espacées de 0,5 cm (jusqu’à 10 ).
Une puissance de dix est représentée par une graduation.
1
2
3
4
Numéroter, en bleu, les graduations 10 , 10 , 10 , 10 , …
Pour plus de lisibilité, on peut mettre les graduations paires au-dessus de l'axe et les graduations impaires au-dessous.
Indiquer, en rouge, la position des multiples et des sous-multiples du mètre.
Remarque : un tel axe ne comporte pas de zéro, ni de grandeurs négatives.
- 15
Sur un tel axe se côtoient, à quelques distances d’écart des nombres infiniment petits (10 ) et des nombres infiniment grands
15
(10 ).
b. Classification des données
Placer les ordres de grandeur des données rencontrées au cours du TP n°1 .
II. Utilisation du logiciel WinsStar 2
Lancer le logiciel WinStar 2. Dans le menu observation, sélectionner voir le système solaire en entier.
Dans le menu Options, sélectionner Configuration générale/Planètes et cocher l’affichage des noms des
planètes et des orbites.
A l’aide des outils dédiés
, zoomer et centrer la fenêtre sur le Soleil afin
de visualiser l’orbite et les positions de Vénus, la Terre et Mars.
Pour chacune des 3 planètes, mesurer en cm la valeur à l’écran du diamètre moyen de son orbite.
d(orbite Vénus)=
cm
d(orbite Terre) =
cm
d(orbite Mars) =
cm
En déduire la valeur à l’écran de son rayon, lequel représente la valeur moyenne de la distance entre la
planète et le Soleil.
r(orbite Vénus)=
cm
r(orbite Terre) =
cm
r(orbite Mars) =
cm
Agir sur le zoom pour faire apparaître Jupiter. L’échelle ayant changé, déterminer de nouveau en cm la
valeur à l’écran de l’orbite de Mars. Faire la mesure pour Jupiter.
r(orbite Mars) =
cm
r(orbite Jupiter) =
cm
Agir de nouveau sur le zoom pour faire apparaître Uranus.
Effectuer la mesure à l’écran de l’orbite de Jupiter, Saturne et Uranus.
r(orbite Jupiter) =
cm
r(orbite Saturne) =
cm
r(orbite Uranus) =
cm
Agir une dernière fois sur le zoom pour faire apparaître Neptune. Terminer par la mesure à l’écran du
rayon de l’orbite d’Uranus et de Neptune.
r(orbite Uranus) =
cm
r(orbite Neptune) =
cm
Définition : L’unité astronomique (notée ua) est égale à la distance Terre-Soleil.
Exemple : la distance Terre-Soleil est 1 ua.
Déduisez des résultats précédents la distance en unité astronomique séparant le Soleil de chaque planète.
Remplissez le tableau suivant.
Planète
Vénus
Terre
Mars
Jupiter
Saturne
Uranus
distance Soleil-Planète en unité
astronomique ( ua)
III. Utilisation d’une animation flash pour classer différents objets
Aller sur le site www.ostralo.net et réalisez le classement demandé.
adresse : http://www.ostralo.net/3_animations/swf/DimensionsDansUnivers.swf
Classer du plus petit au plus grand, dans le tableau, les objets de l’animation précédente.
Neptune
Travail supplémentaire I
Questionnaire sur un texte traitant du mètre et du système international d’unités
Loi du 18 Germinal an III (7 avril 1795) :
« Les nouvelles mesures seront distinguées dorénavant par le surnom de républicaines; leur nomenclature est définitivement
adoptée comme il suit. On appellera Mètre, la mesure de longueur égale à la dix-millionième partie de l'arc du méridien
terrestre compris entre le pôle boréal et l'équateur.
Etalon du mètre
Musée des arts et métiers
Are, la mesure de superficie, pour les terrains, égale à un carré de dix mètres de côté. Stère la mesure destinée particulièrement
aux bois de chauffage, et qui sera égale au mètre cube.
Litre, la mesure de capacité, tant pour les liquides que pour les matières sèches, dont la contenance sera celle du cube de la
dixième partie du mètre.
Gramme, le poids absolu d'un volume d'eau pure égal au cube de la centième partie du mètre, et à la température de la glace
fondante.
Enfin, l’unité des monnaies prendra le nom de franc, pour remplacer celui de livre usité jusqu'aujourd'hui. »
La Onzième Conférence générale des poids et mesures CGPM (1960) :
Elle adopte les six unités devant servir de base à l'établissement d'un système pratique de mesure pour les relations
internationales :
longueur
mètre
m
masse
kilogramme
kg
temps
seconde
s
intensité de courant électrique
ampère
A
température thermodynamique
degré Kelvin
°K
intensité lumineuse
candela
cd
Etalon du kilogramme
Musée des arts et métiers
1. le système fondé sur les six unités de base ci-dessus est désigné sous le nom de « Système international d'unités » ;
2. l'abréviation internationale du nom de ce Système est : SI ;
3. les noms des multiples et sous-multiples des unités sont formés au moyen des préfixes suivants :
Facteur par lequel
l'unité est multipliée
1 000 000 000 000
= 10
12
Préfixe
Symbole
téra
T
Facteur par lequel
l'unité est multipliée
0,1
Préfixe
Symbole
= 10
–1
déci
d
= 10
–2
centi
c
= 10
–3
milli
m
micro
µ
= 10
9
= 10
6
1 000
= 10
3
kilo
k
0,000 001
= 10
–6
100
= 10
2
hecto
h
0,000 000
001
= 10
–9
nano
n
10
= 10
1
déca
da
0,000 000
000 001
= 10
–12
pico
p
1 000 000 000
1 000 000
giga
G
méga
M
0,01
0,001
4. sont employées dans ce Système les unités ci-dessous, sans préjudice d'autres unités qu'on pourrait ajouter à l'avenir
Unités supplémentaires
angle
radian
rad
Unités dérivées
2
superficie
mètre carré
m
volume
mètre cube
m
fréquence
hertz
Hz
3
1/s
3
masse volumique (densité)
kilogramme par mètre cube
kg/m
vitesse
mètre par seconde
m/s
force
newton
N
pression (tension mécanique)
newton par mètre carré
N/m
travail, énergie, quantité de chaleur
joule
J
N·m
puissance
watt
W
J/s
quantité d'électricité
coulomb
C
A·s
tension électrique, différence de
potentiel, force électromotrice
volt
V
W/A
résistance électrique
ohm
Ω
V/A
force magnétomotrice
ampère
A
kg · m/s
2
2
La définition du mètre fondée sur le prototype international en platine iridié, en vigueur depuis 1889, avait été remplacée lors
e
de la 11 CGPM (1960) par une définition fondée sur la longueur d'onde d'une radiation du krypton 86, afin d'améliorer
l'exactitude de la réalisation de la définition du mètre.
Cette réalisation était effectuée au moyen d'un interféromètre et d'un microscope mobile en translation utilisés pour mesurer la
variation des trajets optiques par comptage des franges.
La dix-septième Conférence générale des poids et mesures CGPM (1983)
Elle donne la définition actuelle :
Le mètre est la longueur du trajet parcouru dans le vide par la lumière pendant une durée de
1/299 792 458 de seconde.
Il en résulte que la vitesse de la lumière dans le vide est égale à 299 792 458 mètres par seconde exactement, c0 = 299 792 458
m/s.
Questions
1. Quelle est la définition du mètre après la réunion du 7 avril 1795 ?
2. Déduire de cette définition la longueur en mètre du méridien terrestre compris entre le pôle boréal et l'équateur.
3. Quelle est la définition du litre après la réunion du 7 avril 1795 ?
3
4. D’après cette définition du litre quelle relation existe entre les litres et les dm ?
5. Qu’appelle-t-on unité dérivée ?
6. Quelle est la définition actuelle du mètre depuis 1983 ?
7. Quelle est la vitesse de la lumière dans le vide ? Avec combien de chiffres significatifs est-elle connue ?
Travail supplémentaire II
Ce texte est paru le 25 septembre 1999 dans le quotidien Ouest-France
« Les limites de la miniaturisation encore repoussées - Informatique: vers l'infiniment petit »
Avant d'être un appareil servant à écouter France Inter ou RTL, le transistor est un
composant électronique, très largement utilisé en informatique.
Une équipe française vient d'en fabriquer le plus petit modèle au monde.
Réalisé par des chercheurs du Commissariat à l'énergie atomique de Lyon, il ne mesure
que 20 nanomètres, soit 20 millionièmes de millimètre.
Posé sur une puce de circuit intégré, il ne serait pas plus gros qu'un cheveu sur un
terrain de football.
A titre de comparaison, le transistor le plus petit en 1984 était cinquante fois plus gros!
Il sera bientôt possible de stocker sur une seule puce l'équivalent de plusieurs millions
de livres.
1. Quel était le diamètre du plus petit transistor en 1984 ?
2. Calculer le rapport entre le diamètre d’un transistor, en 1947, et celui d’un transistor actuel.
3. Connaissant l’épaisseur d’un cheveu et la taille d’un terrain de football, peut-on calculer, en s’aidant des données du texte,
l’ordre de grandeur d’une puce de circuit intégré ? Cela paraît-il correct ?
Données : épaisseur d’un cheveu : d ch = 100 μm taille d’un terrai de football : d foot = 100 m