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Thème 1 : Une longue histoire de la matière
Ch. 1
Les éléments chimiques
Ch. 2
Des édifices ordonnés : les cristaux
Ch. 3
Une structure complexe : la cellule
Thème 2 : Le Soleil, notre source d'énergie
Ch. 4
Le rayonnement solaire
Ch. 5
Le bilan radiatif terrestre
Ch. 6
Énergie solaire et photosynthèse
Ch. 7
Le bilan thermique du corps humain
Thème 3 : La Terre, un astre singulier
Ch. 8
La forme de la Terre
Ch. 9
L'histoire de l’âge de la Terre
Ch. 10
La Terre dans l’Univers
Thème 4 : Son et musique, porteurs d'information
Ch. 11
Le son, phénomène vibratoire
Ch. 12
Musique et nombres
Ch. 13
Le son, une information à coder
Ch. 14
Entendre la musique
Projet Experimental et Numérique
Livret Maths
Annexes
Chapitre 5
Exercices
Le coin des experts
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8Un des problèmes posés par la fonte des glaces
✔ Déterminer la puissance reçue par le sol à partir de l'albédo
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Depuis plus de 30 ans, des surfaces glacées terrestres, comme la banquise arctique, fondent à une vitesse inattendue.
Proposez une explication de l'influence de la fonte des glaces sur le réchauffement climatique.
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Depuis plus de 30 ans, des surfaces glacées terrestres, comme la banquise arctique, fondent à une vitesse inattendue.
Doc. 1
Albédo de quelques surfaces terrestres.
| Surface | Albédo |
| Océan | 0,05-0,10 |
| Forêt/sol sombre | 0,05-0,20 |
| Glace | 0,60 |
| Neige fraîche | 0,90 |
Doc. 2
Évolution de la Mer de Glace (Haute-Savoie) entre 1890 et 2010.
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Proposez une explication de l'influence de la fonte des glaces sur le réchauffement climatique.
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9Orbite elliptique et climat
✔ Déterminer la puissance reçue par le sol à partir de l'albédo
La Terre ne décrit pas une trajectoire rigoureusement circulaire autour du Soleil. En réalité, la Terre se déplace sur une ellipse, qui est une forme géométrique qui rappelle l'ovale. Cette trajectoire non circulaire implique que la distance Terre-Soleil n'est pas constante. Le point où la Terre est la plus proche du Soleil est appelé « périhélie », le point où la Terre est la plus éloignée du Soleil est appelé « aphélie ».
Une ellipse est caractérisée par un paramètre appelé excentricité et noté e. Pour l'orbite terrestre, l'excentricité est relativement faible (elle varie entre 0,005 et 0,058). Actuellement, e = 0,017. Plus la valeur de e se rapproche de 0, plus l'ellipse se rapproche d'un cercle.
On a représenté la Terre au périhélie et à l'aphélie sans respecter les dimensions relatives des astres.
1. Entre l'aphélie et le périhélie, quelle portion correspond à un maximum de puissance solaire reçue ?
2. Si l'on note ra la distance entre le Soleil et la Terre à l'aphélie et rp cette distance au périhélie, on peut montrer que : \dfrac{r_{\mathrm{a}}}{r_{\mathrm{p}}}=\dfrac{1+e}{1-e}.
Déterminez la valeur actuelle du rapport \dfrac{r_{\mathrm{a}}}{r_{\mathrm{p}}}.
3. Déterminez la valeur numérique de ce rapport lorsque l'excentricité atteint sa valeur maximale (0,058). Déduisez-en le pourcentage de puissance solaire supplémentaire interceptée par la Terre au périhélie par rapport à l'aphélie.
4. On considère une configuration où, comme actuellement, l'aphélie correspond au solstice d'hiver dans l'hémisphère sud. Comparez qualitativement les saisons actuelles à celles observées lorsque la valeur de e est maximale.
La Terre ne décrit pas une trajectoire rigoureusement circulaire autour du Soleil. En réalité, la Terre se déplace sur une ellipse, qui est une forme géométrique qui rappelle l'ovale. Cette trajectoire non circulaire implique que la distance Terre-Soleil n'est pas constante. Le point où la Terre est la plus proche du Soleil est appelé « périhélie », le point où la Terre est la plus éloignée du Soleil est appelé « aphélie ».
Doc. 1
Tracé de quelques ellipses selon la valeur de e.
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Doc. 2
Schématisation de l'orbite terrestre autour du Soleil.
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1. Entre l'aphélie et le périhélie, quelle portion correspond à un maximum de puissance solaire reçue ?
2. Si l'on note ra la distance entre le Soleil et la Terre à l'aphélie et rp cette distance au périhélie, on peut montrer que : \dfrac{r_{\mathrm{a}}}{r_{\mathrm{p}}}=\dfrac{1+e}{1-e}.
Déterminez la valeur actuelle du rapport \dfrac{r_{\mathrm{a}}}{r_{\mathrm{p}}}.
3. Déterminez la valeur numérique de ce rapport lorsque l'excentricité atteint sa valeur maximale (0,058). Déduisez-en le pourcentage de puissance solaire supplémentaire interceptée par la Terre au périhélie par rapport à l'aphélie.
4. On considère une configuration où, comme actuellement, l'aphélie correspond au solstice d'hiver dans l'hémisphère sud. Comparez qualitativement les saisons actuelles à celles observées lorsque la valeur de e est maximale.
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10Ozone stratosphérique et troposphérique
✔ Commenter la courbe d'absorption de l'atmosphère en fonction de la longueur d'onde
L'atmosphère est structurée en couches dont la composition chimique et la température varient avec l'altitude. Dans les basses couches de l'atmosphère, on distingue la troposphère, qui s'étend en moyenne de 0 à 15 km, et la stratosphère qui s'élève jusqu'à 50 km au-dessus du sol. On distingue au sein de ces couches l'ozone troposphérique et stratosphérique. Une idée très largement répandue consiste à dire que la couche d'ozone est responsable de l'effet de serre.
L'atmosphère est structurée en couches dont la composition chimique et la température varient avec l'altitude. Dans les basses couches de l'atmosphère, on distingue la troposphère, qui s'étend en moyenne de 0 à 15 km, et la stratosphère qui s'élève jusqu'à 50 km au-dessus du sol. On distingue au sein de ces couches l'ozone troposphérique et stratosphérique. Une idée très largement répandue consiste à dire que la couche d'ozone est responsable de l'effet de serre.
Doc. 1
Puissance surfacique spectrale du Soleil (6 000 K) et de la Terre (300 K) en fonction de la longueur d'onde.
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Doc. 2
Concentration en ozone en fonction de l'altitude.
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Doc. 3
Capacité d'absorption de l'ozone en fonction de la longueur d'onde.
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À l'aide de vos connaissances et des documents proposés, montrez que la couche d'ozone, qui absorbe essentiellement les rayonnements solaires incidents, et l'ozone troposphérique, qui absorbe essentiellement les rayonnements terrestres, présentent des effets bien distincts. Démontrez ainsi que l'idée selon laquelle la couche d'ozone est responsable de l'effet de serre est fausse.
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BLa température du sol lunaire
✔ Calculer la proportion de la puissance absorbée par le sol lunaire.
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Les températures du sol lunaire fluctuent entre -170 °C et 130 °C. Une étude américaine récente estime que la température moyenne du sol lunaire calculée sur plusieurs lunaisons s'établit à 271 K, soit -2 °C. La Lune n'a pas d'atmosphère et l'albédo du sol lunaire est de 0,11, soit environ trois fois moins que celui de la Terre.
La face cachée de la Lune sur laquelle le module chinois Chang'e 4 s'est posé en janvier 2019.
1. Le sol lunaire absorbe-t-il une part du rayonnement solaire reçu plus grande ou plus petite que la Terre ? Justifiez.
2. Comment expliquer les grandes fluctuations de température ainsi que la température moyenne plus faible du sol que celle de la Terre qui est de 15 °C environ ?
3. La Terre intercepte une puissance émise par le Soleil égale à P_T = 1,74×1017 W. Sachant que le rayon lunaire est de R_L = 1737 km et le rayon terrestre est de R_T = 6371 km, calculez la puissance solaire P_{Abs} absorbée par le sol lunaire.
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Les températures du sol lunaire fluctuent entre -170 °C et 130 °C. Une étude américaine récente estime que la température moyenne du sol lunaire calculée sur plusieurs lunaisons s'établit à 271 K, soit -2 °C. La Lune n'a pas d'atmosphère et l'albédo du sol lunaire est de 0,11, soit environ trois fois moins que celui de la Terre.
Doc.
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1. Le sol lunaire absorbe-t-il une part du rayonnement solaire reçu plus grande ou plus petite que la Terre ? Justifiez.
2. Comment expliquer les grandes fluctuations de température ainsi que la température moyenne plus faible du sol que celle de la Terre qui est de 15 °C environ ?
3. La Terre intercepte une puissance émise par le Soleil égale à P_T = 1,74×1017 W. Sachant que le rayon lunaire est de R_L = 1737 km et le rayon terrestre est de R_T = 6371 km, calculez la puissance solaire P_{Abs} absorbée par le sol lunaire.
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CL'éclipse totale de Soleil de 1999
✔ Exploiter des informations extraites des données
Une éclipse totale de Soleil est un événement rare et impressionnant. L'éclipse du 11 août 1999 est considérée comme celle ayant été suivie par le plus d'êtres humains dans toute l'histoire : en effet, elle a traversé des zones très fortement peuplées comme l'Europe et l'Asie.
Une large partie de l'hémisphère nord a été plongée, à un moment de la journée, dans la pénombre. En revanche, seule une petite partie de la surface terrestre a été plongée dans une totale obscurité : une tache complètement noire se déplaçait sur Terre, donnant ainsi aux quelques chanceux sur place la sensation étrange d'observer la tombée de la nuit (puis le lever du jour) en quelques secondes à peine. C'est cette « tache d'ombre » qui va nous intéresser tout au long de cet exercice.
Une large partie de l'hémisphère nord a été plongée, à un moment de la journée, dans la pénombre. En revanche, seule une petite partie de la surface terrestre a été plongée dans une totale obscurité : une tache complètement noire se déplaçait sur Terre, donnant ainsi aux quelques chanceux sur place la sensation étrange d'observer la tombée de la nuit (puis le lever du jour) en quelques secondes à peine. C'est cette « tache d'ombre » qui va nous intéresser tout au long de cet exercice.
Doc.
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1. Le centre de la tache d'ombre est notamment, passé au nord-est de Paris, à Reims. Cette tache de 112 km de diamètre se déplace d'ouest en est à une vitesse de 3 055 km/h. Déterminez la valeur numérique de l'énergie que la Terre n'a pas pu intercepter à cause de la tache d'ombre pendant toute la durée où Reims s'est trouvée plongée dans l'obscurité en sachant que, normalement, la Terre intercepte une puissance émise par le Soleil égale à 1,74 × 1017 W.
2. La consommation annuelle électrique rémoise s'élève à environ 4 × 105 MWh. Combien de temps faudrait-il aux rémois pour consommer autant d'énergie que la valeur calculée à la question précédente ?
2. La consommation annuelle électrique rémoise s'élève à environ 4 × 105 MWh. Combien de temps faudrait-il aux rémois pour consommer autant d'énergie que la valeur calculée à la question précédente ?
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Oups, une coquille
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YolèneÉmilieJean-PaulFatimaSarah