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Nom, Prénom, Classe : …………………………………………………………………………………………..............................................
Seconde
EVALUATION N°4.1 (1h30)
Toutes les réponses doivent être rédigées et justifiées !!
Exercice 1 : (2,5pts)
La taille relative des planètes
Le document ci-contre représente les tailles relatives des planètes du
système solaire. Toutes les planètes ont été représentées en respectant
la même échelle de longueur pour les diamètres. Le diamètre de la
planète Uranus est de 5,112.104 km.
1- En faisant des mesures sur le document ci-contre, déterminer le
diamètre de la planète Jupiter en km.
2- Sachant que le Soleil a un diamètre de 1,34.106 km, peut-on
représenter le Soleil en entier dans le cadre de ce document ?
Justifier par un calcul.
Exercice 2 : (10pts)
La physique de la lumière
Galilée, au début du XVIIème siècle, tenta de mesurer la célérité de la lumière. Il s'était positionné à 1800 m de son
assistant et devait mesurer le temps nécessaire à la lumière pour parcourir l'aller-retour entre lui et son assistant.
1- Indiquer la valeur de la célérité de la lumière dans le vide en mètre par seconde.
2- Entourer (sur l’énoncé) la ou les bonnes relations entre la célérité c, la distance parcourue d et la durée du
parcours t :
3- Calculer la durée du parcours de la lumière lors de l'expérience de Galilée.
4- Pourquoi Galilée n'a-t-il pas pu mesurer cette durée ?
Voir loin, c’est voir dans le passé
« Nous savons aujourd’hui que, comme le son, la lumière se propage à une vitesse bien déterminée. En 1675, étudiant le
mouvement des satellites de Jupiter, l’astronome danois Römer a mis en évidence certains comportements bizarres. Ces
comportements s’expliquent si on admet que la lumière met quelques dizaines de minutes à nous arriver de Jupiter. Cela
équivaut à une vitesse d’environ trois cent mille kilomètres par seconde, un million de fois plus vite que le son dans l’air.
A l’échelle astronomique, la lumière progresse à pas de tortue, les nouvelles qu’elle nous apporte ne sont plus fraîches du
tout ! Pour nous, c’est plutôt un avantage. Nous avons trouvé la machine à remonter le temps ! En regardant « loin »,
nous regardons « tôt ». La nébuleuse d’Orion nous apparaît telle qu’elle était à la fin de l’Empire romain, et la galaxie
d’Andromède telle qu’elle était au moment de l’apparition des premiers hommes, il y a deux millions d’années. Les objets
les plus lointains visibles au télescope sont les quasars. Certains quasars sont situés à douze milliards d’années de
lumière. La lumière qui nous en arrive a voyagé pendant douze milliards d’années, c’est à dire quatre-vingts pour cent de
l’âge de l’univers… »
Hubert Reeves : « Patience dans l’azur. L’évolution cosmique » Seuil
5- Que vaut (en m.s-1) la vitesse de propagation v du son dans l’air (bien citer le document pour justifier vos
calculs)?
6- Déterminer l’âge approximatif de notre Univers.
Constellation d’Orion
Dans la constellation d’Orion :
- l’étoile Bételgeuse est à 4,04.1015 km de la Terre ;
- Bellatrix est à 243 a.l
- et Rigel est à 800 a.l de la Terre.
7- Quelle est l’unité de longueur du système international ?
8- Définir l'année- lumière.
9- En utilisant la définition précédente, retrouver la valeur de l'année de
lumière : 1 a.l. = 9,46.1015 m.
10- A quelle distance, en année-lumière, se trouve l’étoile Bételgeuse ?
11- Un auteur de science-fiction écrit dans son livre, que ces trois étoiles ont
explosé le même jour, un soir de l’année 1500. En les expliquant, dessiner
l’aspect que devrait avoir pour un terrien, la constellation d’Orion en
1600, en 1789 et en 2010.
Exercice 3 : (7,5pts)
Un meurtre non élucidé
Le corps d’un homme vient d’être découvert par la police dans un fossé. Les résultats de l’autopsie montrent qu’il s’agit
d’un homicide par noyade.
Les inspecteurs en charge de l’enquête identifient rapidement trois suspects :
- Thierry LINER, pisciniste. Il vend et construit des piscines dans la région.
- Frédéric COLLIN, pisciculteur. Il gère un élevage de truites.
- Laurent SALT, paludier. Il travaille et récolte le sel dans les marais salants.
Ils mettent à votre disposition un échantillon d’un liquide inconnu récupéré dans les poumons de la victime. Vous devez
les aider à innocenter (ou non) les suspects en étudiant ce liquide inconnu.
Données :
Milieu
Indice de réfraction
Eau
1,33
Eau fortement salée
1,39
Eau chlorée
1,50
Air
1,00
Pour cela, des mesures ont été effectuées avec un dispositif identique à celui utilisé en TP :
1- Compléter le schéma avec les termes suivants : normale, dioptre, rayon incident, rayon réfracté.
2- Pourquoi la lumière ne se propage-t-elle pas en ligne droite dans l’expérience décrite précédemment ? Donnez
le nom de ce phénomène.
3- Si on note n1 l’indice de réfraction de l’air et n2 l’indice de réfraction du liquide inconnu, quelle relation vérifie
les angles i et r indiqués sur la figure 1 ?
4- Les mesures effectuées donnent les résultats suivants : i = 30° et r = 21°. Par le calcul et en détaillant votre
raisonnement, rédigez un rapport contenant vos conclusions sur le coupable le plus probable.
Bon travail !
CORRECTION
Exercice 1 : (2,5pts)
La taille relative des planètes
1- djupiter = Ljupiter * dUranus / LUranus = 3,2 *5,112.104 / 1,0 = 1,6.105km (1pt)
2- Lsoleil = dsoleil * LUranus / dUranus = 1,34.106 * 1,0 /5,112.104 = 2,6.101cm soit 26cm ce qui n’est pas représentable en
entier dans le cadre de ce document qui ne mesure que 7,6cm de large. (1,5pt)
Exercice 2 : (10pts)
La physique de la lumière
1- La célérité de la lumière vaut : c = 3,00.108m.s-1 (0.5pt)
2(0.5pt)
3- t = 2d / c = 2*1800 / 3,00.108 = 1,20.10-5s (1pt)
4- A l’époque, aucune horloge ne permettait d’accéder à une telle précision pour la mesure d’une durée. Cette
valeur était bien trop faible pour que Galilée, au XVIIème siècle ne la perçoive. (0.5pt)
5- D’après l’énoncé, la vitesse du son se délace un million de fois moins vite que la lumière dans le vide (0.5pt)
donc vson = c / 1.106 = 3,00.108 / 1.106 = 3,00.102m.s-1 (0.5pt)
6- Le texte indique : « La lumière qui nous en arrive a voyagé pendant douze milliards d’années, c’est à dire quatrevingts pour cent de l’âge de l’univers… » (0.5pt) L’âge l’approximatif de notre Univers est : 12 .109 / (80%) =
1,5x1010 années. (0,5pt)
7- L’unité de longueur du système international est le mètre. (0.5pt)
8- Une année lumière est la distance parcourue par la lumière dans le vide en une année. (1pt)
9- 1 a.l = d = c  ∆t = 3,0 .108  ( 365  24  3600) = 9,46 . 1015 m. (1pt)
4,04 .1018
10- d = 4,04 .1015 km = 2,37 .1018 m. → d =
= 427 a.l. (1pt)
9,46 . 1015
11- (2pt= 0.5 par schéma + 0.5 pour justification comprise) Ces étoiles sont loin, donc leur lumière voyage pendant
longtemps avant de nous parvenir. Donc après l’explosion on verra encore Bételgeuse pendant 427 ans,
Bellatrix pendant 243 ans et Rigel pendant 800 ans.
Donc en 1600 (100 ans après l’explosion)
toutes les étoiles sont encore visibles
Exercice 3 : (7,5pts)
En 1789 (289 an après)
Bellatrix n’est plus visible
En 2010 (510 an après)
Bételgeuse et Bellatrix auront
disparu.
Un meurtre non élucidé
1- Voir cours (1pt)
2- La lumière ne se propage pas en ligne droite car elle passe d’un milieu transparent (l’air) à un autre (le liquide).
Elle est alors déviée, c’est le phénomène de réfraction. (1pt)
3- D’après la deuxième loi de Snell-Descartes : n1 sin i = n2 sin r (0.5pt)
4-