Physique-Chimie 3e - Cahier d'activités - 2023
Nouveau manuel de Sciences et Technologie 6e
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Mes Pages
Thème 1 : Organisation et transformations de la matière
Ch. 1
Les espèces chimiques et l'identification
Ch. 2
Les transformations chimiques
Ch. 3
Les états de la matière
Ch. 4
Les mélanges et la solubilité
Ch. 5
L'organisation de la matière dans l'Univers
Thème : 2 Mouvements et interactions
Ch. 6
La vitesse des systèmes
Ch. 7
Les nature des mouvements
Ch. 8
La modélisation des actions
Thème 3 : Énergie, transferts et conversions
Ch. 9
Les différentes formes d’énergie et les conversions
Ch. 10
Les circuits électriques et les lois
Ch. 11
La puissance électrique et la consommation
Thème 4 : Signaux pour observer et communiquer
Ch. 12
Les signaux lumineux et sonores
Annexes
Fiches méthodes
8 - La modélisation des actions
Activité documentaire
L'exploration de Mars
✔ Identifier et distinguer les actions mises en jeu et les modéliser par des forces.
✔ Exploiter l'expression de la force de gravitation universelle.
✔ Utiliser la relation liant poids, intensité de pesanteur et masse.
✔ Exploiter l'expression de la force de gravitation universelle.
✔ Utiliser la relation liant poids, intensité de pesanteur et masse.
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Introduction
Après Curiosity, qui explore le sol martien depuis 2012, la NASA a envoyé un deuxième robot sur Mars, appelé Perseverance. Sa mission principale, débutée en 2021, consiste à extraire des roches du sol martien. Elles seront ensuite collectées par un autre robot et rapportées sur Terre pour que les scientifiques les étudient.
Problématique
Le poids et la masse sont-ils identiques sur Terre et sur Mars ?
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Doc. 1Robot Perseverance
Le robot Perseverance s'est posé sur Mars le 18 février 2021. Il dispose de plusieurs instruments scientifiques pour analyser le sol martien, notamment un système de prélèvement (à droite sur l'image) lui permettant d'extraire des échantillons de roches.
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Masse totale du robot Perseverance : m=1 025 \mathrm{~kg}
Dimensions : Longueur L=3,0 \mathrm{~m}, largeur \ell=2,7 \mathrm{~m} et hauteur h=2,2 \mathrm{~m}
Vitesse maximale : v_{\max }=152 \mathrm{~m} / \mathrm{h}
Masse des échantillons prélevés : m_{\text {échantillons }}=0,015 \mathrm{~kg}
Poids sur Mars des échantillons prélevés : P_{\text {échantillons/Mars }}=0,056 \mathrm{~N}
Dimensions : Longueur L=3,0 \mathrm{~m}, largeur \ell=2,7 \mathrm{~m} et hauteur h=2,2 \mathrm{~m}
Vitesse maximale : v_{\max }=152 \mathrm{~m} / \mathrm{h}
Masse des échantillons prélevés : m_{\text {échantillons }}=0,015 \mathrm{~kg}
Poids sur Mars des échantillons prélevés : P_{\text {échantillons/Mars }}=0,056 \mathrm{~N}
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Doc. 2Loi de gravitation universelle
Tout corps possédant une masse attire les autres corps massifs
autour de lui à distance (c'est-à-dire sans qu'aucun lien matériel ne
les relie). Ce phénomène est modélisé par la force d'attraction gravitationnelle. Elle se manifeste dans le Système solaire et explique
pourquoi les planètes tournent autour du Soleil, ou pourquoi la Lune est en orbite autour de la Terre.
Si un objet \mathrm{A} attire un objet \mathrm{B}, on peut calculer la valeur de la force F_{\mathrm{g}, \mathrm{A} / \mathrm{B}} ressentie par l'objet \mathrm{B} à l'aide de :
F_{\mathrm{g}, \mathrm{A} / \mathrm{B}} : force d'attraction gravitationnelle exercée par \mathrm{A } sur \mathrm{B\:(N)}
m_{\mathrm{A}} et m_{\mathrm{B}} : masses des objets \mathrm{A} et \mathrm{B} \mathrm{(kg)}
d_{\mathrm{AB}} : distance entre les centres des deux objets \mathrm{(m)}
G : constante de gravitation universelle égale à G=6,67 \times 10^{-11} \mathrm{~N} \cdot \mathrm{m}^2 / \mathrm{kg}^2
F_{\mathrm{g}, \mathrm{A} / \mathrm{B}}=G \times \frac{m_{\mathrm{A}} \times m_{\mathrm{B}}}{d_{\mathrm{AB}}^2}
F_{\mathrm{g}, \mathrm{A} / \mathrm{B}} : force d'attraction gravitationnelle exercée par \mathrm{A } sur \mathrm{B\:(N)}
m_{\mathrm{A}} et m_{\mathrm{B}} : masses des objets \mathrm{A} et \mathrm{B} \mathrm{(kg)}
d_{\mathrm{AB}} : distance entre les centres des deux objets \mathrm{(m)}
G : constante de gravitation universelle égale à G=6,67 \times 10^{-11} \mathrm{~N} \cdot \mathrm{m}^2 / \mathrm{kg}^2
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Doc. 3Poids
À la surface d'un astre comme la Terre, l'attraction gravitationnelle est omniprésente. On peut le constater car tous les objets sont attirés selon la verticale, vers le bas. La loi de gravitation universelle est alors simplifiée et on parle du poids qui se calcule à l'aide de :
\begin{array}{l|l}
& P: \text { valeur du poids de l'objet } (\mathrm{N}) \\
P=m \times g & m: \text { masse de l'objet }(\mathrm{kg}) \\
& g: \text { intensité de pesanteur }(\mathrm{N} / \mathrm{kg})
\end{array}
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Doc. 4Intensité de pesanteur
La masse d'un objet est une caractéristique liée aux nombres et aux types d'atomes qui le constituent : la masse ne dépend donc pas de l'astre sur lequel l'objet se trouve. En revanche, l'intensité de la pesanteur g varie d'un astre à l'autre. Sur Terre, sa valeur est égale à g_{\text {Terre }}=9,8 \mathrm{~N} / \mathrm{kg}.
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Doc. 5Planète Mars
Mars est la quatrième planète du Système solaire dans l'ordre croissant d'éloignement au Soleil. Son rayon est de 3 390 km (soit environ la moitié de celui de la Terre) et sa masse est de 6,42 \times 10^{23} \mathrm{~kg} (soit dix fois moins que celle de la Terre).
Le jour martien, c'est-à-dire la durée nécessaire pour que la planète fasse un tour sur elle-même, dure 24 h et 40 min. L'année martienne quant à elle dure 669 jours martiens (687 jours terrestres).
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Questions
1. Perseverance et les échantillons se trouvent à la surface de Mars. À quelle distance se situent-ils du centre de Mars ?
2. À l'aide du Doc. 2, exprimer la force de gravitation F_{\text {g, Mars/échantillons }} exercée par Mars sur les échantillons prélevés par Perseverance et calculer sa valeur.
3. Comparer la valeur obtenue avec celle du poids P_{\text {échantillons/Mars }} du Doc. 1. Que remarque-t-on ? Expliquer pourquoi.
4. En utilisant la relation du Doc. 3, exprimer le poids P_{\text {échantillons/Mars }} sur Mars des échantillons rocheux en fonction de leur masse m_{\text {échantillons }} et de l'intensité de pesanteur g_{\text {Mars }}. En déduire l'intensité de pesanteur g_{\text {Mars }}.
5. Calculer le poids P_{\text {échantillons/Terre }} sur Terre des échantillons rocheux. Sont-ils plus, moins ou autant attirés par la Terre que sur Mars ?
6. Répondre à la problématique concernant la masse et le poids d'un même objet sur Terre et sur Mars.
La masse d'un objet est de l'astre sur lequel il se trouve. En revanche, son poids, qui correspond à la manifestation de la gravitation universelle, de l'astre. Un objet sur Mars a plus faible que sur Terre.
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