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SNC1D/1P Étude de l’Univers / Exploration spatiale

Activité par les élèves : Comparaison des planètes selon la taille et la distance par rapport au Soleil Sujets

Durée

tailles des planètes différences relatives des orbites planétaires

préparation : 10 min activité : 20 min

Attentes particulières SNC1D A1.10 Tirer une conclusion et la justifier. D1.2 Décrire les principales composantes de notre système solaire et de l'Univers, qualitativement et quantitativement, en utilisant la notation scientifique et les unités appropriées. D2.4 comparer des propriétés de corps célestes en compilant des données et en les présentant dans un format approprié (p. ex., comparaison de la composition de deux étoiles à l'aide de diagrammes circulaires). [AI, C] SNC1P A1.10 Tirer une conclusion et la justifier. D2.2 Compiler une base de données sur des composantes de l'Univers et analyser l'information retenue. [ER, AI]. D1.2 comparer les caractéristiques (p. ex., gravité superficielle, distance moyenne du Soleil, atmosphère, nombre de satellites, périodes de révolution et de rotation) des principales composantes du système solaire Introduction Il y a huit planètes dans le système solaire, réparties en deux groupes distincts. Les quatre planètes proches du Soleil (Mercure, Vénus, Terre et Mars) sont très petites et relativement proches les unes des autres. Les planètes externes (Jupiter, Saturn, Uranus et Neptune) sont très grosses et éloignées les unes des autres. L’activité décrite ici utilise une maquette à l’échelle montrant les grandes différences entre les tailles des planètes et leurs distances par rapport au Soleil.

Matériel ruban-mètre de 150 m de longueur 15 fanions 2 petits ballons

2 ballons de taille moyenne 2 gros ballons 2 très gros ballons ou ballons de plage marqueur

Consignes de sécurité 

Avertissez les élèves qui sont allergiques au latex d’éviter de toucher aux ballons.

Marche à suivre Partie A : Taille des planètes 1. Avant le cours, gonflez aux dimensions indiquées dans le tableau 1 les ballons qui représenteront les planètes. Tableau 1 Dimensions des ballons représentant les planètes Taille des Planète(s) Diamètre à Taille à Diamètre des ballons non représentée(s) l’équateur l’échelle de ballons gonflés (km) la planète gonflés (cm) (cm) (1 cm = 1000 km) petit Mercure 4 879 4,9 5 petit Mars 6794 6,8 7 moyen Venus 12 104 12,1 12 moyen Terre 12 756 12,8 13 gros Neptune 49 530 49,5 49 gros Uranus 51 120 51,1 51 très gros Saturn 120 540 120,5 120 très gros Jupiter 142 980 143 143 Au début du cours : 2. Disposez les ballons sans ordre particulier. Posez aux élèves la question suivante : « Qu’est-ce que ces objets représentent? » 3. Expliquez les tailles relatives des planètes et demandez aux élèves de nommer les planètes représentées par chacun des ballons. Posez-leur ensuite les questions suivantes : a. « Sur quoi vous appuyez-vous? » b. « Que savez-vous sur les planètes qui vous permet d’associer un ballon à chacune d’elle? » c. « Voyez-vous des ressemblances dans les groupes de taille? Y a-t-il, par exemple, des groupes de deux semblables par la taille? » [Réponse : Mercure et Mars, la Terre et Vénus, Jupiter et Saturne, Uranus et Neptune.] 4. Identifiez chaque ballon par sa planète. Partie B : Distances des planètes 5. Prédire Expliquez aux élèves l’échelle employée pour le diamètre des planètes, soit 1 cm = 1000 km. Demandez-leur si cette échelle conviendrait aux distances entre les planètes et d’expliquer leur réponse. Quelle échelle permettrait de faire tenir le système solaire sur un terrain de football. Ce pourrait être l’échelle 1 m = 30 000 000 km ou 1 m ≡ 3 × 107 km. 6. Séparez les élèves en 8 groupes et assignez une planète à chacun d’eau. Facultatif : Demandez à chaque groupe de calculer le distance entre sa planète et le Soleil en utilisant l’échelle convenue. Vérifiez les calculs. Si l’échelle utilisée est 1 cm ≡ 300 000 km, les valeurs sont reproduites au tableau 2. Tableau 2 Orbites à l’échelle des planètes

Planète

Mercure Vénus Terre Mars Jupiter Saturne Uranus Neptune 7.

8.

9. 10. 11.

Distance moyenne du Soleil (km) 5,79 × 107 1,08 × 108 1,50 × 108 2,28 × 108 7,78 × 108 1,43 × 109 2,88 × 109 4,50 × 109

Distance à l’échelle par rapport au Soleil (m) (1 m ≡ 3 × 107 km) 1,93 3,61 4,00 7,60 25,9 47,6 95,8 150

Sortez avec la classe sur le terrain de jeu. Plantez à un bout du terrain un fanion pour indiquer l’emplacement du Soleil. Mesurez à partir de ce point la distance à l’échelle de la planète la plus éloignée du Soleil, soit Neptune, à 4,50 × 109 km. Plantez un fanion à tous les 10 m à partir du Soleil. Demandez à chacun des groupes d’indiquer l’endroit où il croit que sa planète se trouve par rapport au Soleil et aux planètes les plus proches. Observer Remettez à chaque groupe une copie du tableau 2 et laissez aux élèves le temps de déterminer l’endroit où leurs planètes devraient se trouver puis d’y placer les ballons. Examinez avec les élèves la précision des emplacements et, s’il y a lieu, indiquez-leur les bonnes distances d’avec le Soleil. Faites remarquer aux élèves les distances relatives entre les planètes, en particulier, la proximité des planètes proches du Soleil par rapport aux planètes externes. Expliquer Rentrez avec les élèves et analysez et comparez les distances relatives entre les planètes.

Nettoyage Crevez les ballons et jetez-les à la poubelle. Dégonflez les ballons de plage et rangez-les pour une utilisation future.

Qu’est-ce qui se produit? Lorsque les élèves mesurent les distances des huit planètes d’avec le Soleil, en employant l’échelle appropriée, ils constatent que les quatre planètes telluriques internes (Mercure, Vénus, Terre et Mars) sont très petites et relativement proches les unes des autres. Les planètes externes ou géantes gazeuses (Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune) quant à elles, sont très grosses et très éloignées les unes des autres. Les élèves devraient également garder en mémoire qu’il s’agit d’une représentation linéaire des distances moyennes des orbites des planètes d’avec le Soleil, pas les positions réelles des planètes.

Comment ça fonctionne? Deux échelles sont employées car les orbites planétaires sont très grandes en comparaison avec les diamètres des planètes. Si l’on employait la même échelle pour les distances et le diamètre des planètes, la plus grosse planète mesurerait 0,5 cm de diamètre et six des autres planètes

mesureraient moins de 2 mm de diamètre. Par conséquent, afin d’aider les élèves à visualiser les différences de taille des planètes, on utilise une échelle plus petite.

Suggestions/ conseils pour l’enseignante ou l’enseignant 1.

2.

3. 4. 5. 6.

7.

Les élèves devraient connaître l’ordre des planètes avant de faire l’activité. S’il y a lieu, apprenez-leur un moyen mnémotechnique, comme la phrase suivante : Monsieur, vous travaillez mal, je suis un nouveau. Dans cette activité, le Soleil est placé à une extrémité du terrain et les planètes sont disposées en ligne droite. Expliquez aux élèves qu’il ne s’agit pas d’une représentation fidèle de la réalité. Les élèves déterminent les rayons des orbites, pas les positions réelles des planètes. Au lieu des ballons, utilisez des balles (p. ex., balles de ping-pong, de baseball) dont les dimensions correspondent approximativement à la taille à l’échelle des planètes. Vous pourriez modifier l’activité pour l’intérieur en demandant aux élèves de concevoir et de fabriquer une maquette à l’échelle. Pour évaluer la précision de la maquette, posez la question suivante ; « Les planètes sontelles réellement alignées comme cela? » Extension/alternative : Demandez aux élèves de dessiner en employant les échelles appropriées, un diagramme représentant les orbites des planètes. Vous pourriez leur indiquer le diamètre de chaque planète et sa distance du Soleil et les laisser faire euxmêmes les calculs nécessaires. Extension : Demandez aux élèves de calculer le diamètre des planètes en utilisant l’échelle (1 m = 3 × 107 km) utilisée pour les distances d’avec le Soleil. Expliquez pourquoi les échelles utilisées sont différentes.

Prochaines étapes   

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Les élèves pourraient, comme suivi de l’activité, rechercher et comparer d’autres propriétés des planètes, dont la masse, le nombre de satellites, la période de révolution, la rotation, la composition interne, la gravité, les anneaux et l’inclinaison de l’axe. Après que les élèves auront examiné quelques-unes des propriétés des huit planètes, dirigez la discussion sur les autres objets célestes dans le système solaire, notamment la ceinture d’astéroïdes, les comètes, les météores, les planètes naines et la ceinture de Kuiper. S’ils comprennent l’échelle utilisée et connaissent les distances entre les planètes, les élèves seront à même de comprendre les difficultés des voyages dans l’espace. Demandezleur, par exemple, combien de temps mettra un vaisseau spatial voyageant à 30 000 km/h pour atteindre chacune des planètes externes. Enrichissement : Demandez aux élèves de fabriquer des maquettes à l’échelle de quelquesunes des étoiles les mieux connues de notre galaxie (p. ex., Polaris, Sirius, Bételgeuse, Proxima du Centaure).

Ressources supplémentaires 1.

Présentation permettant de comparer visuellement et quantitativement les tailles de planètes. http://sciencenetlinks.com/interactives/messenger/psc/Planètesize.html (en anglais seulement)

2.

3.

National Geographic : Aperçu détaillé d’une activité sur la comparaison des tailles et des distances relatives des planètes par rapport au Soleil. http://education.nationalgeographic.com/education/activity/planèteary-size-and-distancecomparison/?ar_a=1 (en angais seulement) Instructions sur la fabrication d’une maquette du système solaire. http://www.exploratorium.edu/ronh/solar_system/ (en anglais seulement)