Sciences Naturelles 2007 - 2008

Compilation des différents cours
lundi 26 mai 2008
par  Alexandra Kacou
popularité : 1%

Objectifs déclarés du cours

Cet enseignement vise à :

- apporter l’information minimum permettant de développer la curiosité et l’intérêt scientifique, la compréhension de phénomènes courants, qu’ils soient naturels ou techniques
- expliquer l’univers du niveau microscopique au niveau macroscopique, le monde vivant et non-vivant
familiariser avec les méthodes scientifiques en développant les capacités suivantes :

  • initier aux sciences de la nature et à leur utilisation dans la vie quotidienne en relation avec l’actualité scientifique ou médicale
  • permettre de maîtriser certains concepts essentiels relatifs à l’étude des interactions de l’homme avec son environnement développer la conduite d’un raisonnement rigoureux et logique.
  • apprendre à utiliser SPIP comme cahier de notes électronique

Les objectifs ont-ils été atteints : mon appréciation

Table des matières :

SujetDate
1 Ordres de grandeur dans l’Univers 11 sept 07
2 Latitude et longitude 25 sept 07
3 La matière 30 oct 07
4 Les cycles 27 nov 07
5 Phénomènes de croissance 22 janv 08
6 Energie, puissance et rendement 08 avr 08

Ordres de grandeur dans l’Univers

Du Big Bang aux planètes
Echelle de distances dans l’Univers, cette animation permet de voir la taille qu’ont les planètes dans l’Univers.
voir tableau des préfixes
Le site de l’obervatoire de Paris m’apprend quelques définitions :

planète
Une planète est un astre solide ou gazeux, à peu près sphérique, en révolution autour d’une étoile et éclairée par celle-ci ; une planète ne brille pas par elle-même.

étoile
Une étoile est une énorme sphère de gaz dont la température centrale peut atteindre des millions de degrés, ce qui déclenche au centre des étoiles des réactions thermonucléaires ; une étoile est donc une source de lumière.

galaxie
Galaxie : ensemble comprenant quelques millions à quelques milliards d’étoiles, ainsi qu’une quantité plus ou moins grande de gaz et de poussières, et très probablement aussi un halo étendu de matière noire.

Ce cours m’a permis d’apprendre :
Comment faire la différence entre une planète et une étoile, et comprendre ce qu’est une galaxie.
Comment calculer des distances entre les galaxies en utilisant le logiciel de calcul Mathematica.

Latitude et longitude

La position d’un point sur une sphère, ou d’une ville sur Terre, peut être donnée par sa latitude et sa longitude. Ces deux grandeurs angulaires s’expriment en degré. La latitude se mesure depuis l’équateur vers les pôles Nord et Sud. La longitude se mesure depuis le méridien de Greenwich vers l’Est et vers l’Ouest.

La position d’un point sur une planète ou sur une sphère peut être donnée par deux nombres : sa latitude et sa longitude.

Ces deux mombres représentent des angles exprimés en degré et fraction de degré.

Le pôle Nord est donc à une latitude de 90°. Le pôle Sud est à une latitude de -90°. À l’est les longitudes sont positives, et à l’ouest elles sont négatives. Elles s’étendent de 0° à 180° à l’est et de 0 à -180° à l’ouest.

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Localisation d’un point sur une sphère
Lorsqu’il y a une incertitude Δx sur la longitude et Δy sur la latitude, le point peut se trouver dans un petit rectangle de largeur 2Δx et de hauteur 2Δy.

En ayant bien compris le sujet de ce chapitre je peux effectuer avec le logiciel Mathematica des calculs de distance entre deux villes placées par des points sur une sphère en sagex. Les calculs se font tout d’abord en cm, puis nous faisons une conversion en km.

La matière

Pour ce sujet, nous utilisons un résumé élaboré à partir du cours de Messieurs Caillet, Dieci, Farinelli et Quintaje. 10.06.2004

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La matière
Caillet/Dieci/Farinelli/Quintaje 10.06.2004

L’observation directe de la matière montre qu’elle se présente, aux conditions habituelles de pression et de température, sous trois états principaux :

• état solide
Molécules très proches les unes des autres. Elles vibrent sur place. Les solides sont par conséquent incompressibles et ont une forme et un volume bien définis.
• état liquide
Les liquides sont incompressibles : n’ont pas de forme propre et occupent la forme que leur donne le récipient.
• état gazeux
Molécules très éloignées les unes des autres. Les gaz sont compressibles car ils n’ont pas de volume propre.

On appelle changement d’état la transformation au cours de laquelle la matière passe intégralement de l’un des trois états à un autre sous l’influence de la température.

Changement d’étatNomExemple
1 Solide -> Liquide fusion glace qui fond
2 Liquide -> Solide solidification eau qui gèle
3 Liquide -> Gaz évaporation eau qui bout
4 Gaz -> Liquide liquéfaction formation de brouillard
5 Solide -> Gaz sublimation tas de neige qui diminue sans fondre
6 Gaz -> Solide condensation extincteur à gaz carbonique(gaz à neige carbonique)

La figure ci-dessous illustre et définit ces changements d’état :

La matière est caractérisée par un ensemble de propriétés que nous devons connaître pour se préparer au laboratoire.

Il faut savoir que toute action qui modifie les propriétés de la matière est appelée : phénomène.

Il en existe 2 :
a) Les phénomènes physiques n’altèrent pas la nature intime de la matière .
b) Les phénomènes chimiques modifient profondément la nature intime des corps en les transformant en d’autres corps.

Comme lors du laboratoire nous allons séparer les constituants d’un mélange pour obtenir des corps purs. Différentes techniques de séparation seront utilisées. Parmi elles :

- Sublimation
- Aimantation
- Filtration
- Evaporation
Ces techniques sont mises en avant dans la laboratoire "Mélanges et corps purs" joint à la fin du chapitre traitant de ce sujet.

Ces méthodes de séparation permettent de récupérer les différents constituants d’un mélange que l’on appèle des corps purs. Ils sont classés en 2 catégories :

Corps purs simples : ils sont constitués d’atomes ou de molécules d’un seul type d’élément. Exemples : le fer

Corps purs composés : ils sont constitués de molécules formées d’atomes de plusieurs éléments. Exemples : l’eau de mer

Cette leçon a permis de mieux comprendre :

Les 3 états principaux de la maitère
Les changements d’état de la matière
La différence entre un phénomène physique ou chimique
La différence entre un mélange homogène ou hétérogène
La différence entre un corps pur simple ou composé
Les différentes echniques de séparation

En ayant bien compris les points cités, nous sommes prêt pour le laboratoire Mélanges et corps purs

Les cycles

Dans ce chapitre j’ai étudié quelques phénomèmes courants qui font intervenir des cycles (de la matière), mais principalement le cycle de l’eau.

Afin de mieux assimiler le sujet nous consultons un site où se trouve diverses observations L’eau dans tous ces états ainsi qu’un autre sur lequel nous répondons à des questions A la découverte du cycle de l’eau concernant le sujet. Ces sites nous fournissent une description de l’évaporation, des précipitations, de l’infiltration et des ruissellements.

Afin de mieux comprendre ce chapitre il faut avant tout savoir utiliser le logiciel Stella. C’est à partir de ce logiciel que nous pourrons construire des modèles représentant des cycles. Nous apprenons comment reproduire ces cycles, en reliant un réservoir et en utilisant des liens. Grâce à ces modèles nous pouvons effectuer des simulations sur le cycle de l’eau une fois que tous les points d’interrogation du schéma ont été remplacés par des données.

Exemple d’un cycle :

Phénomènes de croissance

Différents types de croissance ont été observés (poplation, bactéries, levure). Afin d’effectuer des simulations de croissances il faut utiliser Stella. À partir de ce logiciel on peut créer des graphiques pour visualiser ces croissances et également faire des tableaux de calculs. Grâce à cela on peut reproduire l’évolution observée.

A l’aide d’un réservoir, on représente une population. Pour faire évoluer cette population, un flux y est connecté (tuyaux avec valve) représentant le nombre de naissances par unité de temps, et un lien qui est la relation entre le réservoir et le flux. Une fois que notre modèle est terminé, on peut simuler l’évolution de la population.

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Croissance exponentielle
Comment définir le débit pour obtenir ce type de croissance ?

En faisant l’expérience de la boîte de Pétri, on constate l’évolution de bactéries. Après une semaine on a la possibilité, en mesurant la circonférence des tâches formées par les bactéries dans la boîte, de faire la simulation de leur évolution et de créer un graphique.

Croissance limité

Laboratoire de la boîte de Pétri

Energie, puissance et rendement

Ce dernier chapitre permet d’observer différentes formes d’énergie.

L’on apprend qu’est-ce que l’énergie, les différentes sortes d’énergie et comment calculer cette énergie :

Différentes formes d’énergie
L’énergie potentielle (énergie en réserve)
L’énergie cinétique (énergie associée au mouvement)
L’énergie électrique (énergie utilisée par les appareils électrique)

Afin de calculer les différentes énergies il faut savoir les formules suivantes :

L’énergie potentielle :
masse*accélération terrestre*différence de hauteur

- Epot = m*g*Δh

L’énergie cinétique :

- $E_{cin}=\frac{mv^2}{2}$

L’énergie électrique :
puissance = tension*intensité du courant

- P = U*I

Il faut savoir que, lorsque l’on utilise un appareil électrique, il est branché à un secteur (tension U de 220 volts V). Quand un appareil est soumis à cette tension, il est parcouru par un courant électrique dont l’intensité I s’exprime en ampère A. Sur tout appareil électrique, figure une plaquette sur laquelle on trouve la tension de service (en Suisse 220 V) et la puissance de l’appareil (en watt W). La relation qui lie la tension et l’intensité du courant qui parcourt l’appareil à sa puissance est donnée par :

puissance = tension * intensité du courant
P = U*I

Avec les indications suivantes :
220 V et 1100 W
L’intensité du courant qui parcourt un appareil branché peut être calculé. Pour cela, nous mettons en pratique quelques notations scientifiques pour nous préparer au laboratoire :

Intensité :
$I=\frac{P}{U}=\frac{1100}{220}=5A$

La puissance d’un appareil nous renseigne sur l’énergie qu’il transforme par unité de temps. La relation entre l’énergie transformé, la puissance et le temps est la suivante :

$Puissance=\frac{Energie}{temps}$

$P=\frac{E}{t}$

Si l’on exprime la puissance en kilowatt (kW) et le temps en heure (h), on obtient l’énergie en kilowattheure.

Energie = Puissance * temps

Lorsqu’on chauffe de l’eau on transforme de l’énergie électrique en chaleur. Cette énergie transformée en chaleur peut s’exprimée par :

L’énergie reçue :
$E_{reçue}=m*c*\Delta T$

m est la masse d’eau chauffée
c est la chaleur massique de l’eau
ΔT est l’écart de température (température finale - température initiale = ΔT).

Si l’on perd une partie de l’énergie électrique transformée on dira que l’appareil n’a pas un rendement parfait.

Le rendement est défini de la manière suivante :

$Rendement=\frac{E_{reçue}}{E_{fournie}}*100$

Avant la laboratoire nous faisons des pronostics afin de savoir lequel de ces appareils :

- une plaque électrique chauffante
- un four à micro-ondes
- un réchaud à gaz (propane/butane)

Nous permettra :

- d’atteindre le plus rapidement une température donnée
- d’obtenir le résultat au moindre coût.

Cette leçon a permis de voir quel appareil à le meilleur rendement, et lequel consomme le moins d’énergie.

Appréciation
J’ai trouvé ces thèmes très intéressants, cela m’a permis de mieux assimiler ce qui concerne la matière, les cycles et le rendement. J’ai également trouvé très bien d’avoir accès à de nouveaux logiciels et de pratiquer des laboratoires. A l’exeption de certains calculs scientifiques, j’ai réussi à mieux comprendre les divers sujets sans trop de difficultés.

Merci à notre professeur.


Commentaires  forum ferme

Logo de Bernard Vuilleumier
lundi 26 mai 2008 à 10h22 - par  Bernard Vuilleumier

Le lien menant au laboratoire « Boîte de Petri » ne fonctionne pas car cet article n’est pas encore publié. Je le publierai dès que vous aurez effectué les corrections demandées en commentaire sous cet article et que vous le soumettrez à nouveau.