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TP Physique N° 01 |
Pour décrire l'Univers : Un outil, la puissance de 10. Correction. |
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Programme 2010 : Programme 2020 : |
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Objectif : Savoir positionner des objets les uns par rapport aux autres sur une échelle des distances.
Matériel : film ou CD-ROM les puissances de dix, ordinateur.
Pour aller plus loin : Les puissances de dix :
Le film
:
Vidéo
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3)- Multiples et sous-multiples. II - Analyse d'un document vidéo. 1)- Visualisationdu document vidéo. 2)- Exploitation du document 3. III - Taille comparée de différents systèmes. |
Compléter
le tableau des opérations avec les puissances de 10 (document 1).
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Opérations |
Exemples |
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10m
× 10n = 10m+n |
102
× 103 = 105 |
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(10n)m
= 10n×m |
(103)2
= 106 |
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- En Sciences Physiques, un nombre est souvent écrit sous la forme : a × 10 n ou a . 10 n - appelée notation scientifique ou écriture scientifique. - Complément : a est un nombre décimal tel que : - 1 ≤ a ≤ 10 - n est un nombre entier relatif : n € Z. |
Sans
calculatrice et en s’aidant du document 1, donner l’écriture scientifique
du nombre A, sachant que :
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Vérifier
le résultat avec la calculatrice.
3)-
Multiples et sous-multiples.
Compléter
le tableau (document 2).
| Document 2 | |||
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Préfixe |
Symbole |
Valeur |
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Téra |
T |
1012 |
Multiples |
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Giga |
G |
109 |
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Méga |
M |
106 |
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kilo |
k |
103 |
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1=100 |
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milli |
m |
10– 3 |
Sous-multiples |
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micro |
µ |
10– 6 |
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nano |
n |
10– 9 |
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pico |
p |
10– 12 |
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II-
Analyse d’un document vidéo.
1)-
Visualisation du document vidéo.
Le
film les puissances de 10 permet de voyager de l’infiniment petit vers
l’infiniment grand.
- Lors de sa projection, compléter le tableau (document 3).
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Document 3 |
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Objet |
Limites de l'observation de l'Univers |
Notre Galaxie |
Le Système Solaire |
La Terre |
L'Homme |
Cellule de la rétine |
Molécule A.D.N |
Atome |
Noyau |
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Ordre de grandeur |
15 milliards a.l : 1026 |
1021 |
1012 à 1013 |
107 |
1 = 100 |
10–6 |
10–7 |
10–10 |
10–15 |
2)-
Exploitation du
document 3.
- Il s’agit de compléter à nouveau le tableau avec d’autres objets dont les dimensions sont les suivantes :
- Distance de l’étoile la plus proche du Soleil : 4,2 a.l :
- Distance Terre – Soleil : 150 millions de kilomètres :
- Diamètre d’un pamplemousse : 10 cm :
Convertir ces trois distances en mètre sachant que : 1 a.l.
= 9,5
×
1015
m
et donner chaque résultat sous forme d’une puissance de dix.
Donner
un ordre de grandeur pour ces trois distances :
- Écrire la valeur considérée en écriture scientifique,
- Chercher la puissance de 10 la plus proche de la valeur ainsi écrite,
- On utilisera la règle suivante :
- Si le nombre est inférieur à 5, l’ordre de grandeur est égal à la puissance de dix
- Si le nombre est supérieur ou égal à 5, l’ordre de grandeur est égal à 10 multiplié par la puissance de dix.
- Présenter les résultats sous forme de tableau :
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Proxima du Centaure |
Distance Terre - Soleil |
Diamètre d'un pamplemousse |
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Notation scientifique |
4,0 × 1016 m |
1,5 × 1011 m |
1,0× 10−1 m |
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Ordre de grandeur |
1016 m |
1011 m |
10−1 m |
- Exemples :
- 2,72 × 104 a pour ordre de grandeur : 104
- 8,7 × 104 a pour ordre de grandeur : 105
Insérer
à leur place, dans le tableau (document 3) ces nouvelles valeurs.
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Objet |
Limites de l'observation de l'Univers |
Notre Galaxie |
|
Le Système Solaire |
|
La Terre |
|
Ordre de grandeur |
15 milliards a.l : 1026 |
1021 |
1016 |
1012 à 1013 |
1011 |
107 |
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Proxima du centaure |
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Distance Terre - Soleil |
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L'Homme
Cellule
de la
rétine
Molécule
A.D.N
Atome
Noyau
1 = 100
10−1
10−6
10−7
10−10
10−15
Diamètre
d'un
pamplemousse
III-
Taille comparée des différents systèmes.
1)-
Construction d’une échelle particulière.
- On compare les tailles des différents systèmes qui constituent l’Univers grâce à une échelle particulière.
Préparation
de la graduation.
- Prendre une feuille de papier (21 cm × 29,7 cm) à petits carreaux.
- Tracer au centre de la feuille un axe orienté de gauche à droite. À l’extrême droite, placer la graduation 1025.
- Placer les autres graduations régulièrement espacées de 0,5 cm (jusqu’à 10–18 ).
- Une puissance de dix est représentée par une graduation.
- Numéroter,
en
bleu, les graduations
101,
102,
103,
104,
…
- 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.
- Sur un tel axe se côtoient, à quelques distances d’écart des nombres
infiniment petits (10–
- Données : Sur l’axe ainsi gradué, placer les ordres de grandeur des données
rencontrées au cours du TP. Montrer que cette échelle n’est pas linéaire.
- Le texte, du document 4, est paru dans le quotidien Ouest-France le 25 septembre 1999.
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Document 4 |
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Les limites de la miniaturisation encore repoussées |
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Informatique: vers l'infiniment petit |
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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. |
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a)- Quel était le diamètre du plus petit transistor en 1984 ? - diamètre du plus petit transistor : 20 nm (transistor mis au point par le C.E.A).
b)- Calculer le rapport entre le diamètre d’un transistor, en 1947, et celui d’un transistor actuel. - Rapport entre le diamètre d’un transistor, en 1947, et celui d’un transistor actuel.
c)- 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 : dch = 100 mm ; - Taille d’un terrai de football : dfoot = 100 m - Grandeur d’une puce de circuit intégré
Le transistor, mis au point par le CEA, posé sur une puce de circuit intégré, il ne serait pas plus gros qu'un cheveu sur un terrain de football.
C'est la dimension de la boîte normalisée qui contient la puce. En réalité, la puce a une taille de l'ordre du millimètre. |
