Compilation de différents cours de sciences naturelles. Année 2007 - 2008.
Le cours de sciences naturelles doit apporter la compréhension de phénomènes courants, qu’ils soient naturels ou techniques. Il cherche tout particulièrement à développer l’aspect concret et pratique des problèmes abordés.
Table des matières
– Ordres de grandeur dans l’Univers
– Latitude, longitude
– La matière
– Les cycles
– Phénomènes de croissance
– Croissance de bactéries
– Énergie, puissance et rendement
Ordres de grandeur dans l’Univers
L’Univers est l’ensemble de tout ce qui existe, comprenant la totalité des êtres et des choses (celle-ci comprenant ou non, selon les philosophies, les choses immatérielles) et les lois qui le régissent.
Activités
Quelques définitions (copiées sur le site de l’Observatoire de Paris)
Exemples : planète, étoile, galaxie
source : Échelles de distances dans l’Univers
Quelques distances
| Distance à partir de la Terre | Distance à partir de la Terre en m | |
|---|---|---|
| Lune | 1.3 seconde-lumière | 3.89967*10^8 |
| Soleil | 8 minutes-lumière | 1.43988*10^11 |
| Pluton | 5.5 heures-lumière | 5.9395*10^12 |
| Proxima Centauri | 4.2 années-lumière | 3.9732*10^16 |
| Centre de la Voie Lactée | 26 000 années-lumière | 2.4596*10^20 |
| Galaxie d’Andromède (Messier 31) | 2.6 millions d’années-lumière | 2.4596*10^22 |
| Amas de galaxies de la constellation de Coma | 330 millions d’années-lumière | 3.1218*10^24 |
| Horizon cosmique(Diamètre de l’Univers observable) | 4.2 milliards d’années-lumière | 4.1624*10^26 |
Quelques formules
Formule permettant d’obtenir les distances en m lorsqu’elles sont données en années lumière :
d[al_] :=9.46*10^15*al
Pour calculer le volume des astres, nous définissons une fonction qui donne le volume d’une sphère à partir de son rayon :
V=4/3*Pi*r^3
Pour donner les distances caractéristiques de l’Univers, nous avons appris à manipuler de très grands nombres et nous avons utilisé la notation scientifique pour les exprimer. Nous avons également utilisé l’année-lumière et le parsec comme unités de mesure.
Pour effectuer nos calculs avec de très grands nombres, nous avons utilisé le logiciel Mathematica . Il faut cliquer sur le bouton “Démarrer”, choisir le dossier “Programmes”, puis le dossier “Math” et cliquer sur “Mathematica 4.1”. Attention, il y a deux lignes qui portent le nom “Mathematica”. Il faut choisir la première, pas celle où il est écrit “Kernel.”
Latitude, longitude
La latitude et la longitude sont des angles donnés en degré et fraction de degré. La latitude se mesure depuis l’équateur (grand cercle qui coupe la sphère en deux). Elle se compte positivement vers le pôle Nord (latitude de 90°) et négativement vers le pôle Sud (latitude -90°). La longitude se mesure le long de l’équateur depuis un grand cercle qui passe par les deux pôles et par les deux pôles et par Greenwich (méridien de référence). La longitude se compte positivement vers l’Est (de 0° à 180°) et négativement vers l’Ouest (de 0° à -180°)
Séance de laboratoire
But de l’expérience
Placer quelques villes sur la sphère lorsqu’on connaît les latitudes et longitudes de ces villes.
La matière
L’aspect de la matière
La matière qui contitue l’ensemble de l’univers prend diverses formes et couleurs exemple (diamant, l’eau etc)
L’état de la matière
La matière se présente généralement sous trois états principaux :
– Etat solide : molécules très proches les unes des autres, elles vibrent sur place, elles sont incompressibles, et ont une forme et un volume bien définis.
– Etat liquide : molécules plus proches que les molécules gazeuses, elles sont libres de leur mouvement, leur volume reste constant, et prennent la forme que leur donne le récipient
– Etat gazeux : molécules très éloignées les unes des autres, les gaz sont compressibles car ils n’ont pas de volume propre, ils s’agitent continuellemnt en un mouvement désordonné
La matière peut changer d’état, c’est ce qu’on appelle le changement d’état. Cela se produit sous l’influence de la la température ou de la pression.
| Changement d’état | Nom | Exemple |
|---|---|---|
| Solide à liquide | fusion | glaçon qui fond |
| Liquide à Solide | solidification | l’eau qui gèle |
| Liquide à Gaz | vaporisation | l’eau qui bout |
| Gaz à Liquide | liquéfaction | formation de brouillard |
| Solide à Gaz | sublimation | tas de neige qui diminue sans fondre |
| Gaz à Solide | condensation | transformation du gaz carbonique en neige |
Toute cause qui modifient les propriétés de la matière est appelée : phénomène.
Les phénomènes qui ne modifie pas la nature intime de la matière s’appellent phénomènes physiques.
Les phénomènes qui modifient profondément la nature de la matière s’appellent phènomènes chimique.
La matière se trouve généralement sous forme de mélanges : les mélanges hétérogènes et les mélanges homogènes
Dans un mélange hétérogène, la répartition de contituants est non uniforme, comme on peut distinguer des parties ayant des aspects différents exemple : le granit. Il est possible de les séparer et obtenir un corps pur
Quelques techniques de séparations physiques
– La filtration (mélange liquide, solide) : exemple papier filtre pour le café
– La décantation (mélange liquide, liquide ou liquide, solide) : c’est basée sur la force de gravité qui agit sur la masse volumique des substances mélangées
– La centrifugation (mélange liquide, solide)
– L’évaporation (mélange liquide, solide), c’est basée sur l’évaporation du solvant, exemple : dessalement de l’eau de mer
– La distillation (mélange liquide, liquide) : c’est basée sur l’ébullition, exemple : extraire l’alcool pur du vin
– L’aimantation (mélange solide, solide ou liquide, solide) : c’est basée sur les propriétés magnétiques des substances à séparer, exemple : tri du fer de l’alimunium
– La sublimation (mélange solide, solide), c’est basée sur le point de sublimation
Les corps purs
Les différents constituants d’un mélange sont appelés des corps purs On peut les classer en deux catégories : les corps purs simples (constitué d’atomes ou de molécules d’un seul type d’élément), et les corps purs composés(constitué de molécules formées d’atomes plusieurs éléments).
Les éléments
Tous les éléments sont classés dans le tableau périodique des éléments.
Laboratoire
But : on doit isoler des particules solides d’un mélange hétérogène par des méthodes de séparations.
- Quelques étapes de la séparation d’un mélange de solides
Les cycles
Les cycles de la matière
Récupération
– Cycle du verre Cycle PET (bouteilles de plastique)
– Cycle du papier
– Cycle de l’aluminium
– Cycles naturels
– Cycle de l’eau
– Cycle du carbone
– Cycle de l’azote
– Cycle des roches
Les cycles de l’eau
Nous avons découvert le logiciel Stella, qui va nous servir à créer plein de modèles.
Phénomènes de croissance
Croissance de bactéries
L’étude de la croissance bactérienne consiste en la détermination des paramètres de croissance pour une souche bactérienne donnée. Cette croissance est rendue possible grâce aux divisions cellulaires qui se produisent lorsque les bactéries se trouvent dans un milieu favorable.
Énergie, puissance et rendement
Conclusion
Ce cours m’a appris à comprendre les différentes formes de phénomènes courants, qu’ils soient naturels ou techniques, à apprendre à utiliser le site, et y rédiger des rapports, et a également beaucoup enrichi ma culture générale !
Un grand merci à Monsieur Bernard Vuilleumier