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Enseignement scientifique 1re

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Le coin des experts




5
Mesure du rayon de Mars

Conduire un raisonnement quantitatif

Version initiés (B) ici
.

Seul sur Mars de Ridley Scott (2015)
Seul sur Mars de Ridley Scott (2015).

Dans le film Seul sur Mars, l’astronaute Mark Watney est laissé pour mort par ses coéquipiers qui quittent la planète après une violente tempête. Mais Mark a survécu. Ses journées sont occupées par différentes activités en attendant qu’une mission vienne le récupérer. Il veut calculer le rayon de Mars avec du matériel basique. Il se positionne dans une zone très dégagée de tout relief. Il fixe un pointeur laser sur un support à la hauteur h=h= 1,70 m. Il pointe avec ce dispositif la pierre la plus lointaine qu’il puisse voir à l’horizon. La distance du laser à la pierre est : 3 395 m.


Questions

1. Faites un schéma de son montage en traçant le faisceau du rayon laser, jusqu’à la pierre, les rayons de Mars au point de la pierre et au point de son support tenant le laser.
Couleurs
Formes
Dessinez ici


2. Calculez, avec les mesures de Watney, la valeur du rayon de Mars.


3. Comparez cette valeur avec la valeur réelle de 3 390 km avec un calcul d’incertitude.

6
Mesure de distance par visée et calcul de vitesse

Exploiter et interpréter des mesures


Après une escale, le voilier Arpège quitte le rivage. Une personne sur la plage effectue des mesures par la méthode de visée afin de déterminer la distance qui le sépare du voilier. Il vise le voilier à travers une règle. Il tend son bras, de longueur 72 cm, une règle à la main, en visant le voilier. Il mesure la hauteur du voilier vue à travers sa règle : 1,3 cm (de la coque au haut du mât : 25 m en réalité).


Questions

1. Après avoir réalisé un schéma de la situation, déterminez à quelle distance de la personne sur le rivage se trouve le voilier, en utilisant les relations de proportionnalité énoncées dans le théorème de Thalès.
Couleurs
Formes
Dessinez ici



2. Il effectue une seconde mesure 4 minutes plus tard. La hauteur du voilier dans sa règle est de 0,9 cm. Calculez la distance qui le sépare maintenant du voilier.


3. Calculez la distance parcourue par le voilier pendant cette durée.


4. Quelle a alors été la vitesse moyenne du voilier pendant cette durée ? Exprimez cette valeur en m·s‑1 puis en nœuds (1 nœud == 1,852 km·h‑1).


5. Le voilier finit par ne plus être visible. Que cela prouve-t-il quant à la forme de la Terre ?

Le voilier Arpège
Le voilier Arpège.

C
Distance Terre-Lune par la méthode des parallaxes

Conduire des raisonnements qualitatifs et quantitatifs

Version intiale (l'atelier des apprentis, exercice 1) ici
.

Données
Ville Latitude Angle
Berlin α=\alpha = 52,5° Nord a == 53,32 °
Cap β=\beta = 33,9° Sud b == 34,66°

Rayon de la Terre : RT=R_T = 6 370 km

ES.1re.8.EXO2.eclipse-retouche
Éclipse lunaire du 31 janvier 2018 vue du Parc naturel régional des Vosges du Nord.

En 1751, Lalande se positionne à Berlin et Lacaille au Cap en Afrique du Sud. Ils observent chacun le centre du disque lunaire lors du passage au méridien de la Lune. Ils mesurent l’angle entre la verticale du lieu et le rayon provenant de la Lune.

Questions

1. Montrez que pp, l’angle au sommet de la Lune, est lié à aa, bb, α\alpha et β\beta par p=(a+b)(α+β)p=(a+b)-(\alpha+\beta).


2. Montrez que la distance dBCd_{BC} qui sépare Berlin du Cap égale à h1+h2h_1+h_2, est également liée à RTR_T, sin αsin \alpha et sin βsin \beta par la relation : dBC=RTsin α+RTsin βd_{BC}=R_T\cdot sin \alpha+R_T \cdot sin \beta.


3. Donnez l’expression de la tangente de pp, tan(p)tan(p), en fonction de et de la distance Terre-Lune dTLd_{TL}.

Schéma pour calculer la distance Terre-Lune
Schéma pour calculer la distance Terre-Lune
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