Exercice n°1 :

NOM :
Contrôle n°1
50 minutes
Seconde 13
27 septembre 2010
Attention à la présentation, au soin apporté aux schémas et à la rédaction…
Vous pouvez commencer par l’exercice de votre choix, donc pensez { lire d’abord tous les exercices avant de commencer !
Exercice n°1 : de l'infiniment petit à l'infiniment grand. (16 points)
1. Compléter les phrases suivantes.
L'………………………… de …………………………. de la distance de la Terre au Soleil est de 10 8 km.
Il existe des systèmes planétaires …………………………………………….. constitués d'une étoile autre que le Soleil, autour de
laquelle tourne des planètes qualifiées d'………………………………………………….
Au niveau de l'atome, aussi bien qu'{ l'échelle cosmique, le …………………………… occupe la plus grande partie de
l'espace. On dit que la matière a une structure …………………………………………
2. Cocher la ou les bonne(s) réponse(s).
Les protons et les neutrons sont constitués :
□ de quasars.
□ d'électrons.
Le rayon du noyau d'un atome est d'environ :
□ 10-15 m.
□ 10-10 m.
Un clou en fer est constitués :
□ d'ions fer.
Notre galaxie :
□ de molécules de fer.
□ s'étend jusqu'au confins de l'Univers.
□ de quarks.
□ de nucléons.
□ 10-10 cm.
□ 10-8 cm.
□ de cellules de fer.
□ d'atomes de fer.
□ s'appelle la voie lactée.
□ est de même taille que le système solaire.
3. Dans le tableau n°1 de l’annexe de l’exercice n°1, classer du plus petit au plus grand les objets suivants : globule rouge,
atome, molécule, Soleil, Galaxie, Terre.
4. Attribuer à chaque objet un ordre de grandeur : 10-5 m, 107 m, 1021 m, 10-10 m, 10-9 m et 109 m.
5. Compléter l'axe gradué de l'annexe de l'exercice n°1 par intervalle de 10 et placé les ordres de grandeur des données
précédentes. On rappelle que : 10 m 1 m.
6. Placer sur votre axe les limites des échelles microscopique, macroscopique et astronomique.
7. Exprimer les différentes longueurs du tableau n°2 de l’annexe de l’exercice n°1, en m et en écriture scientifique et
donner leur ordre de grandeur.
8. La distance moyenne de la Terre au Soleil est de 149,6 millions de km. Elle permet de définir l'unité astronomique (UA).
On a donc : 1 UA 149,6 millions de km.
8.1. Montrer que la lumière met 8min19s pour nous parvenir du Soleil.
8.2. Un satellite orbite à une distance très proche du Soleil. Depuis la Terre on décide d'envoyer une information
par onde radio au satellite pour vérifier le fonctionnement d'un capteur. Sachant que les ondes radio se
déplace à la vitesse de la lumière, combien de temps s'écoulera entre l'instant où l'information a été envoyé et
l'instant où le centre de commande du satellite recevra l'information ?
8.3. La distance de la Terre à Mars est de 227,9×106 km. Convertir cette distance en unité astronomique.
Données : célérité de la lumière dans le vide : c
3,00
10 m. s
; 1 min
60 s.
Exercice n°2 : la supernovae SN2005cs. (7 points)
Le 11 juillet 2005, les astronomes ont observé l’explosion de l’étoile SN2005cs dans la galaxie M51 (surnommée Whirlpool, ce
qui signifie tourbillon en français, à cause de sa forme caractéristique en spirale) située à 3,5×1020 km de la Terre.
1. Donnez la définition de l’année de lumière.
2. Calculer sa valeur en km en détaillant votre calcul (on donnera le résultat avec un nombre raisonné de chiffres).
Donner son ordre de grandeur en kilomètre.
3. Quelle est la distance qui nous sépare de la galaxie M51 en année de lumière ? On donnera le résultat avec un nombre
raisonné de chiffres.
4. L’étoile SN2005cs n’a pas explosé en 2005. Expliquer pourquoi et donner la date réelle de l’explosion.
5. Déduire de la question précédente une explication concise, de l’expression « regarder loin, c’est regarder tôt ».
Données : célérité de la lumière dans le vide : c 2,99792 10 m. s ; 1 an 3,156 10 s.
Extra questions : (2 points)
6.
7.
8.
Use information from the text to explain what a supernova is.
How did astronomers detect the supernova?
What is the distance between the Whirlpool Galaxy and the Earth mentioned in the text ? Compare it to the distance
you have found in question 3.
Page n°1 – Contrôle n°1
Hubble pinpoints red supergiant that exploded in nearby Whirlpool Galaxy
The Space Telescope Science Institute (STScI) today (Thursday, July 28) released photos of the beautiful Whirlpool Galaxy,
M51, showing the location of the original star and the bright supernova just 12 days after its explosion was discovered. The
galaxy is 37 million light years away in the direction of the constellation Canum Venaticorum (The Hunting Dogs).
Amidst the glitter of billions of stars in the
majestic spiral galaxy called the Whirlpool
(right), a massive star abruptly ends its life
in a brilliant flash of light. NASA's Hubble
Space Telescope snapped images of the
exploding star 12 days after its discovery.
Astronomers then compared those photos
with Hubble images of the same region
before the supernova blast to pinpoint the
progenitor star (the star that exploded).
(Credit : NASA, ESA, W. Li and A.
Filippenko (UC Berkeley), S. Van Dyk
(Spitzer Science Center, Caltech), S.
Beckwith (STScI), and the Hubble Heritage
Team (STScI/AURA))
Source : http://www.berkeley.edu/news/media/releases/2005/07/28_hubble.shtml
Nom :
Annexes de l’exercice n°1
Tableau n°1
Objet
Ordre de grandeur
Tableau n°2
Objet
Hauteur de la
tour Effel
Taille
324
10 cm
Conversion en m
écriture scientifique
Ordre de
grandeur
……………….. m
……………….. m
….……….. m
Rayon d'un
globule rouge
0,012 mm
……………….. m
……………….. m
…….…….. m
Hauteur moyenne
d'une homme
170 cm
……………….. m
……………….. m
…….…….. m
Distance moyenne
de la Terre au Soleil
149,6 millions de
km
……………….. m
……………….. m
…….…….. m
Page n°2 – Contrôle n°1
Correction
Exercice n°1 : [16]
1. [2]
L'ordre de grandeur de la distance de la Terre au Soleil est de 108 km.
Il existe des systèmes planétaires extrasolaires constitués d'une étoile autre que le Soleil, autour de laquelle tourne
des planètes qualifiées d'exoplanètes.
Au niveau de l'atome, aussi bien qu'à l'échelle cosmique, le vide occupe la plus grande partie de l'espace. On dit que la
matière a une structure lacunaire.
2. [2]
Les protons et les neutrons sont constitués :
□ de quasars.
□ d'électrons.
Le rayon du noyau d'un atome est d'environ :
□ 10-10 m.
■ 10-15 m.
Un clou en fer est constitués :
□ d'ions fer.
□ de molécules de fer.
■ de quarks.
□ de nucléons.
□ 10-10 cm.
□ 10-8 cm.
□ de cellules de fer.
■ d'atomes de fer.
Notre galaxie :
□ s'étend jusqu'au confins de l'Univers.
■ s'appelle la voie lactée.
□ est de même taille que le système solaire.
3. Voir tableau ci-dessous. [1]
4. Voir tableau ci-dessous. [1,5]
Objet
Atome
Molécule
Globule rouge
Terre
Soleil
Galaxie
Ordre de grandeur
10-10 m
10-9 m
10-5 m
107 m
109 m
1021 m
5. [1,5]
Échelle
macroscopique
Échelle microscopique
10-10
Échelle astronomique ou cosmique
10-5
107
10-9
1021
109
100 = 1 m
6. Voir l’axe ci-dessus. [1,5]
7. [3]
Objet
Hauteur de la
tour Effel
Taille
324
10 cm
Conversion en m
écriture scientifique
Ordre de
grandeur
324 m
3,24×102 m
102 m
Rayon d'un
globule rouge
0,012 mm
0,000012 m
1,2×10-5 m
10-5 m
Hauteur moyenne
d'une homme
170 cm
1,70 m
1,70 m
1m
Distance moyenne
de la Terre au Soleil
149,6 millions de
km
149,6×109 m
1,496×1011 m
1011 m
Page n°3 – Contrôle n°1
8. La distance moyenne de la Terre au Soleil est de 149,6 millions de km. Elle permet de définir l'unité astronomique (UA).
On a donc : 1 UA 149,6 millions de km.
8.1. D’après la définition de la célérité de la lumière c en m.s-1 :
; où d est la distance parcourue par la lumière
en m et
8.2.
8.3.
la durée du parcours en s ; on a :
, d’où : :
,
; soit 8min19s. En effet :
,
8 60 480 s ; et : 499 480 19 s. [1,5]
Il s'écoulera 16min38s entre l'instant où l'information a été envoyé et l'instant où le centre de commande du
satellite recevra l'information. En effet l’information doit faire aller retour entre la Terre et le Soleil, soit
parcourir deux fois la distance de la Terre au Soleil. [1]
La distance de la Terre à Mars est de 227,9×106 km, soit : 1,523 UA. En effet :
,
,
,
. [1]
Exercice n°2 : [7]
1.
2.
3.
L’année de lumière est la distance que parcourt la lumière dans le vide en une année. [1,5]
Une année de lumière vaut : 9,461×1012 km, soit environ 1016 m ou 1013 km. En effet d’après la définition de la vitesse
de la lumière, on a :
; soit :
; d’où :
,
,
,
,
. [1,5]
La distance qui nous sépare de la galaxie M51 est de 3,7×107 al, soit 37 millions d’années de lumière.
En effet :
4.
5.
,
,
,
. [1]
La lumière se propage à une vitesse finie, qui est extrêmement grande (environ 300 000 km.s-1), donc la lumière nous
parvenant de l’étoile voyage dans l’espace avant d’arriver sur Terre. Et d’après la question précédente elle a voyagé
37 millions d’années, donc l’explosion a lieu il y a 37 millions d’années ! [1,5]
D’après la question précédente, Plus l’objet est éloigné, plus la lumière reçue a été émise tôt, donc plus on regarde
« loin », plus on a des informations « tôt » sur ce qui s’est passé { des instants proches du début de l’histoire de
l’univers. [1,5]
Page n°4 – Contrôle n°1