Étude de quelques planètes du système solaire

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Annales corrigées
Classe(s) : 3e | Thème(s) : La planète Terre, l’environnement et l’action humaine - Organisation et transformations de la matière - Mouvement et interactions
Type : Exercice | Année : 2016 | Académie : Inédit


Sujet inédit

physique-chimie et svt • 50 points

1. svt • les séismes sur Terre 25 points

De nombreuses planètes du système solaire présentent une activité interne (volcanisme, activité sismique…). Parmi celles-ci, la planète Terre. L’étude de séismes à l’aide de stations d’enregistrement permet de localiser les épicentres afin de prévenir les risques sismiques.

Document 1 Carte de l’Europe

sci3_1600_00_14C_01

Document 2 Temps mis par les ondes sismiques pour atteindre trois stations d’enregistrement

Pour localiser l’épicentre d’un séisme, on utilise les résultats obtenus par trois stations ayant enregistré le même séisme : sachant que les ondes sismiques se propagent à la vitesse de 7,5 km/s, et connaissant le temps mis par les ondes de l’épicentre à la station, on peut retrouver la distance séparant l’épicentre de la station. L’épicentre est situé à l’intersection des trois cercles centrés sur chacune des stations.

Un séisme a été enregistré à Paris, à Lisbonne et Moscou. Les ondes sismiques ont mis 1 min 11 s pour atteindre Paris, 4 min 44 s pour parvenir à Lisbonne et 5 min 20 s pour atteindre Moscou.

1. À partir du document 2, et sachant que 4219563-Eqn1, calculer la distance séparant l’épicentre de chacune des stations.

2. Grâce à l’échelle du document 1, localiser sur la carte l’épicentre du séisme. Veiller à préciser les calculs.

2. physique-chimie • Jupiter, planète gazeuse 25 points

Jupiter est une planète géante gazeuse. Il s’agit de la plus grosse planète du système solaire et elle possède plusieurs satellites dont Europe, découvert par Galilée en 1610.

Document 1 Caractéristiques de Jupiter et Europe

Jupiter

Masse : 1,9 × 1027 kg.

Distance moyenne Jupiter-Soleil : 778 300 000 km.

Atmosphère de Jupiter : 86 % de dihydrogène (H2) ; 13 % d’hélium (He) ; 0,1 % de méthane (CH4) et 0,9 % autres composants.

Europe

Masse : 4,8 × 1022 kg.

Distance moyenne Jupiter-Europe : 671 100 km.

Document 2 L’année-lumière

L’année-lumière est égale à la distance parcourue par la lumière dans le vide pendant une durée de un an : 1 al = 9,46 × 1012 km.

Document 3 La force gravitationnelle

La force gravitationnelle entre une planète A et un corps B a pour expression :

4219563-Eqn2.

La masse MA de la planète et la masse mB l’objet sont en kg. La distance d est exprimée en mètres. La constante de la gravitation, notée G, a pour valeur : G = 6,67 × 10–11 N × m2 × kg–2. La force F a pour unité le newton (N).

1. Quel est l’ordre de grandeur de la distance Jupiter-Soleil, en kilomètres ?

2. Convertir la distance Jupiter-Soleil en années lumière.

3. Modéliser par un schéma représentant Jupiter et Europe la force gravitationnelle exercée par Jupiter sur Europe.

4. Déterminer la force gravitationnelle exercée par Jupiter sur Europe.

5. Donner la composition en atomes de la molécule de méthane.

6. Le carbone a pour symbole 4219563-Eqn3. Donner la composition de l’atome de carbone.

Les clés du sujet

Exercice 1 : SVT

Comprendre les documents

Le document 1 fournit une échelle qui permet de convertir les distances calculées en km à la question 1. en longueurs en cm à placer sur la carte.

Le document 2 donne des informations quant à la vitesse de propagation des ondes sismiques et le temps mis par celles-ci pour aller de l’épicentre aux stations d’enregistrement.

Répondre aux questions

1. Dans le document 2, utilise la formule donnée : la distance égale le temps multiplié par la vitesse. Attention aux unités !

2. Utilise les résultats de la question 1. et effectue un produit en croix afin de déterminer la distance entre l’épicentre et chacune des trois stations d’enregistrement. Pour cela, mesure avec ta règle l’échelle fournie en bas à gauche du document 1.

Exercice 2 : physique-chimie

Comprendre les documents

Le document 1 indique les masses de la planète Jupiter et de son satellite Europe, ainsi que les distances Jupiter-Soleil et Jupiter-Europe nécessaires pour effectuer les calculs.

Le document 2 rappelle la définition de l’année-lumière et le document 3 fournit la formule mathématique de la force gravitationnelle.

Répondre aux questions

1. L’ordre de grandeur d’une valeur est égal à la puissance de 10 la plus proche de cette valeur. Pour déterminer l’ordre de grandeur d’une valeur, tu dois commencer par l’écrire en notation scientifique.

2. Utilise le document 2. Tu peux faire un tableau de proportionnalité :

Distance en années-lumière

Distance en km

1

9,46 × 1012

?

778 300 000

4. Utilise le document 3. Fais attention aux unités utilisées et n’oublie pas le carré au dénominateur.

6. La composition d’un atome correspond aux nombres de protons, neutrons et électrons qu’il contient.

Corrigé

Corrigé

1. svt

1. Comme 4219563-Eqn4, on a aussi 4219563-Eqn5. On convertit les durées en secondes, d’où :

d(épicentre → Paris) = 7,5 × 71 = 4219563-Eqn14.

d(épicentre → Lisbonne) = 7,5 × 284 = 4219563-Eqn15.

d(épicentre → Moscou) = 7,5 × 320 = 4219563-Eqn16.

2. Pour localiser l’épicentre du séisme sur la carte, il faut convertir les distances réelles (en km) en distances fictives sur la carte (en mm).

Pour Paris :

sci3_1600_00_14C_03

On effectue un produit en croix : x × 800 = 532,5 × 12.

C’est-à-dire 4219563-Eqn6.

À l’aide d’un compas, on trace un cercle de 8 mm de rayon, pointe sur Paris : l’épicentre est localisé quelque part sur le cercle, à 8 mm de Paris.

On applique le même raisonnement pour Lisbonne :

Distance réelle (km)

Sur la carte (mm)

2 130

x

800

12

On effectue un produit en croix : x × 800 = 2 130 × 12.

C’est-à-dire 4219563-Eqn7.

À l’aide d’un compas, on trace un cercle de 32 mm de rayon, pointe sur Lisbonne : l’épicentre est localisé quelque part sur le cercle, à 32 mm de Lisbonne et 8 mm de Paris, c’est-à-dire à l’un des deux endroits où se coupent les deux cercles.

Pour Moscou : x × 800 = 2 400 × 12, soit 4219563-Eqn8.

À l’aide d’un compas, on trace un cercle de 36 mm de rayon, pointe sur Moscou : l’épicentre est localisé quelque part sur le cercle, à 36 mm de Moscou : l’endroit où les trois cercles se coupent.

L’épicentre est localisé à proximité d’Amsterdam.

2. physique-chimie

1. La distance Jupiter-Soleil est de 778 300 000 = 7,783 × 108 km, l’ordre de grandeur de cette distance est 109 km.

2.

sci3_1600_00_14C_04

dJupiter-Soleil = 4219563-Eqn10.

3.

sci3_1600_00_14C_02

4. 4219563-Eqn11

4219563-Eqn12

4219563-Eqn13.

5. D’après sa formule chimique, le méthane est constitué d’un atome de carbone et de quatre atomes d’hydrogène.

6. Le nombre de masse A est égal à 12 : l’atome de carbone contient 12 nucléons dans son noyau.

Le numéro atomique Z est égal à 6 : l’atome de carbone contient 6 protons dans son noyau.

Le nombre de neutrons est N = AZ = 12 – 6 = 6 : l’atome de carbone contient 6 neutrons dans son noyau.

Un atome étant électriquement neutre, il contient autant de protons que d’électrons : l’atome de carbone contient donc 6 électrons.