La traction des planètes

Overview

La traction des planètes est une activité de 30 minutes au cours de laquelle des équipes d’enfants modélisent les champs gravitationnels des planètes sur une surface flexible. Les enfants placent et déplacent des balles de différentes tailles et densités sur une feuille de plastique pour développer une image mentale de la façon dont la masse d’un objet influence l’effet qu’il a sur l’espace environnant.

Cette activité doit être menée après Champion poids lourd : Jupiter ! », qui permet aux enfants de découvrir la force de gravité dans le système solaire. Ces concepts impliquent une science plus avancée que les activités précédentes des Secrets de famille de Jupiter, et ils explorent plus profondément la science de la mission Juno et les riches informations qu’elle nous retournera. Les animateurs qui choisissent d’entreprendre cette activité doivent avoir une bonne maîtrise des bases scientifiques afin de ne pas introduire d’idées fausses auprès des enfants.

Cette série convient aux enfants âgés de 10 à 13 ans.

Quel est l’intérêt?

La gravité est la force qui maintient les planètes en orbite autour du Soleil. Seule la gravité nous maintient à la surface de la Terre.
Les planètes ont des propriétés mesurables, comme la taille, la masse, la densité et la composition. La taille et la masse d’une planète déterminent son attraction gravitationnelle.
La masse et la taille d’une planète déterminent la force de son attraction gravitationnelle.
Les modèles peuvent nous aider à expérimenter les mouvements des objets dans l’espace, qui sont déterminés par l’attraction gravitationnelle entre eux.

Matériel

Pour chaque groupe jusqu’à 30:

Ordinateur et projecteur pour montrer une animation de Juno en orbite autour de Jupiter ou un rendu d’artiste de Juno en orbite, imprimé de préférence en couleur à partir de sites Web tels que https://www.missionjuno.swri.edu/media-gallery/spacecraft.

Pour chaque groupe de quatre enfants :

1 cerceau à broder (20″ par 12″ ou plus grand)
Quelque chose pour soutenir les bords du cerceau à broder, comme des briques de mousse ou des livres
1 fine feuille de plastique étirable, comme un sac à ordures en plastique ou des feuilles de pellicule plastique
2-4 (1/2″-largeur) petites billes
1 (2″) Styrofoam™ ball
Une demi-boîte de Play-Doh©

Pour chaque enfant :

Son journal Mon voyage vers Jupiter ou simplement la page pertinente « Le tirage des planètes »
1 crayon ou stylo

Pour l’animateur :

Informations de base :
- Secrets de la famille du système solaire
- Les autres géants lointains sont des planètes apparentées avec des bizarreries individuelles
- Intérieures, Les voisins rocheux sont les frères et sœurs de la Terre
- D’innombrables petits objets font partie de la famille élargie de notre système solaire
Guide de l’animateur sur la gravité
Liste d’achats

Préparation

Revoir les informations générales complètes et le guide de l’animateur sur la gravité.
Préparez les champs de gravité : étirez les feuilles de plastique (pellicule plastique ou sacs à ordures) autour de l’intérieur des cerceaux de broderie, puis ajoutez le cerceau extérieur en gardant le plastique bien étiré.
Sortez le reste du matériel.

Activité

1. Demandez aux enfants de faire le lien entre ce qu’ils ont appris sur la gravité et les mouvements des objets dans le système solaire.

Demandez aux enfants de se souvenir de Champion poids lourd : Jupiter ! Quelles sont les propriétés qui font qu’une planète a plus ou moins de gravité ? Les planètes qui sont massives et ont les plus grands diamètres ont le plus de gravité. Quelles sont les propriétés qui n’influencent pas la gravité ? La présence d’une atmosphère, la température et la distance au Soleil n’ont pas d’incidence sur la gravité d’une planète.
Les objets du système solaire sont-ils immobiles ou sont-ils en mouvement ? La gravité du Soleil attire les planètes en orbite autour de lui, et certaines planètes attirent des lunes en orbite autour d’elles. Même les vaisseaux spatiaux sont en mouvement dans le système solaire, soit en orbite autour de la Terre ou de la Lune, soit en voyage vers d’autres mondes, en raison des forces gravitationnelles. La mission Juno sera tirée en orbite autour de Jupiter par l’intense gravité de ce dernier.
Comment la gravité influence-t-elle les mouvements des objets – tels que les planètes – dans le système solaire ? Quelqu’un a-t-il vu ou joué avec un « puits de gravité » ? Comment un « puits de gravité » modélise-t-il la gravité dans le système solaire – quelle partie de ce modèle est le Soleil ? Les planètes ? Le centre du puits gravitationnel est le Soleil, et les pièces de monnaie ou les billes sont un modèle des planètes. Plus la planète est proche du Soleil, plus l’attraction de la gravité du Soleil est forte, et plus l’orbite de la planète est rapide. Ce modèle échoue dans la mesure où les objets aux orbites stables ne tombent pas dans le Soleil. (Les comètes sont des objets dont les orbites peuvent facilement devenir instables et tomber dans le Soleil).

Note de l’animateur : Il existe de nombreuses idées fausses sur la gravité ; les enfants peuvent penser qu’elle est liée au mouvement d’un objet, à sa proximité de la Terre, à sa température, à son champ magnétique ou à d’autres concepts sans rapport. Orientez les conversations avec prudence et écoutez attentivement ce que disent les enfants pour éviter de soutenir leurs idées fausses.

2. Dites aux enfants qu’ils vont fabriquer un modèle de la façon dont les objets – comme les planètes – interagissent dans l’espace.

L’un des enfants a-t-il déjà joué sur un trampoline ? Que se passe-t-il à la surface du trampoline lorsque vous vous asseyez dessus ? Que se passerait-il si un ami essayait de faire rouler une balle sur la surface avec vous assis dessus ?

Expliquez que l’espace peut agir un peu comme la surface du trampoline. Les indentations faites sur la surface représentent les « puits de gravité » créés par les objets massifs dans l’espace.

3. Invitez les enfants à expérimenter les mêmes effets sur des modèles à plus petite échelle. Séparez les enfants en groupes et donnez à chaque groupe un cerceau de broderie préparé, suspendu en l’air sur des briques ou des livres. Expliquez qu’ils vont utiliser des billes et des balles Play-Doh pour modéliser les effets de la gravité sur les objets dans l’espace.

Que va-t-il arriver aux feuilles de plastique (espace) s’ils y ajoutent une bille ? Elle va s’étirer et la bille va rouler.
Que se passera-t-il s’il y a deux billes sur la feuille ? Les billes vont rouler l’une vers l’autre.

Note de l’animateur : La gravité est une force universelle, comme le magnétisme et l’électricité. Cependant, elle ne devient importante qu’à de grandes échelles. La gravité détermine les interactions étoiles, planètes et lunes.

Dans le modèle, les boules sont trop petites pour exercer une attraction gravitationnelle significative les unes sur les autres. Cependant, elles sont attirées gravitationnellement vers la Terre ! Elles se déplacent l’une vers l’autre parce que le poids des objets les plus lourds déforme la feuille et que les objets les plus légers roulent « vers le bas ».

4. Invitez les enfants à expérimenter avec leurs modèles de l’espace en plaçant et en laissant tomber les billes (ensemble et séparément) sur la feuille.

5. Demandez aux groupes d’ajouter chacun une grosse boule ronde de Play-Doh de 2 pouces pour représenter une grande » planète » seule sur la feuille. Demandez aux enfants d’émettre des hypothèses sur ce qui se passera si les billes tombent sur la feuille, et demandez-leur de noter leurs pensées dans leur journal avant de les tester. Après qu’ils aient fait tomber les billes sur la feuille, partagez que cette » traction » vers les » planètes » est un modèle de gravité.

Comment cela modélise-t-il la gravité ? Les billes sont tirées, ou « tombent », vers la planète.
Cette grande planète Play-Doh représente-t-elle une gravité forte ou faible ? Cette planète a une forte gravité – les billes tombent directement vers elle.

Note de l’animateur : Les billes de Play-Doh et de styromousse utilisées aux étapes 5 à 7 servent à créer des » puits » d’essai sur les feuilles. Elles doivent rester immobiles pendant que les enfants font rouler les billes pour voir comment elles bougent à chaque étape. Encouragez les enfants à ne faire rouler que des billes, car le Play-Doh est collant et ne modélisera pas le mouvement avec précision.

6. Demandez aux groupes de placer seuls sur la feuille une très petite boule ronde de Play-Doh (environ la moitié de la taille d’une bille), qui représente un petit astéroïde. Demandez-leur de noter leurs prédictions dans leur journal, puis de tester ce qui se passera si on ajoute des billes sur la feuille.

Que se passera-t-il si on ajoute des billes sur la feuille maintenant ? Pourquoi ? Les billes peuvent prendre plus de temps pour atteindre l’astéroïde Play-Doh ou ne pas se déplacer du tout vers lui.
Quel type de gravité aura un petit astéroïde par rapport à une grande planète ? Il n’a pas beaucoup de « gravité ».

7. Demandez aux groupes de placer la boule de polystyrène seule sur la feuille et, en prenant des notes dans leur journal, d’expérimenter son attraction gravitationnelle.

Quel type d’objet la boule de polystyrène pourrait-elle modéliser ? Elle peut représenter une planète qui n’est pas très dense, comme Saturne.
Comment sa taille, sa masse et sa densité se comparent-elles à celles de la grande « planète » en Play-Doh ? Elle est à peu près de la même taille, mais moins dense et donc moins massive.
Que se passera-t-il lorsque les billes seront ajoutées ? Se comporteront-elles davantage comme pour les grandes ou les petites planètes Play-Doh ? Là encore, les billes peuvent mettre plus de temps à atteindre la planète géante de faible densité ; elles ne ressentiront pas l’attraction de la gravité aussi fortement qu’avec la très grande planète Play-Doh.
Saturne a-t-elle autant de gravité que Jupiter ? La gravité de Saturne n’est pas très forte par rapport à celle de Jupiter.

Rappelle aux enfants que la force gravitationnelle d’une planète dépend de sa masse et de sa taille. Saturne est de grande taille, mais elle est loin d’avoir autant de masse entassée dans son volume que Jupiter.

Note de l’animateur : Saturne a effectivement beaucoup de masse, et comme ils l’ont exploré dans Champion poids lourd : Jupiter !, elle a une gravité. Cependant, comme elle n’est pas dense, une personne qui se tiendrait au sommet de ses nuages ne pèserait qu’environ le même poids que sur Terre. Comme la force de gravité dépend à la fois de la masse et de la distance, les planètes bouffies et moins denses ont une gravité moindre au sommet de leurs nuages ou à leur surface, qui se trouvent loin au-dessus de la masse de leur intérieur. C’est pourquoi des planètes comme Saturne semblent avoir moins de gravité que Neptune, malgré la masse supérieure de Saturne. Il se peut que vous deviez rappeler aux enfants ce qu’ils ont appris dans » Dunking the Planets » pour qu’ils comprennent ces concepts difficiles.

8. Invitez les groupes à expérimenter en laissant tomber les billes à différents endroits, et avec différentes quantités de Play-Doh ou de la boule de polystyrène, à divers endroits de leur champ de gravité.

Les billes font-elles parfois brièvement le tour de la planète ?
Est-ce qu’elles évitent parfois la planète ?
Les petits astéroïdes connaissent-ils la gravité ? Les astéroïdes et d’autres petits corps, comme les comètes, sont également maintenus en orbite autour du Soleil par l’importante attraction gravitationnelle de ce dernier – même lorsqu’ils se trouvent à de grandes distances du Soleil. Ils peuvent aussi être entraînés en orbite autour d’une planète – comme les deux lunes de Mars – ou percuter une lune ou une planète.

9. Lorsque les enfants ont terminé leurs expériences, discutez de leurs découvertes.

Comment les billes se sont-elles comportées en direction de la plus grande planète Play-Doh ? Elles ont roulé directement vers elle. En quoi cela ressemblait-il à la gravité ? La grande planète avait beaucoup de masse, et, dans notre modèle, beaucoup de gravité.
Comment les billes se sont comportées avec la planète en polystyrène ? Ils ont pu l’ignorer complètement. Pourquoi ? La bille n’avait pas beaucoup de masse, et donc elle avait très peu de gravité dans ce modèle.
Est-ce qu’un grand objet a toujours beaucoup de masse ? Non !
Si on peut mesurer la gravité d’une planète, et sa taille, qu’est-ce que cela peut nous apprendre sur cette planète ? L’attraction gravitationnelle de la planète peut nous en dire plus sur la masse de cette planète, ce qui nous aide à déterminer sa densité et à quoi ressemble son intérieur.

Demandez aux enfants de dessiner dans leur journal, à partir de leurs modèles, la profondeur du puits de gravité que la Lune, la Terre et Jupiter créent chacune dans l’espace. Demandez-leur de décrire comment leurs différences de gravité sont liées à la taille et à la masse de chaque objet.

10. Invitez les enfants à décrire comment ce modèle de gravité ressemble à la gravité réelle et comment il échoue.

Les objets du système solaire se déplacent-ils les uns vers les autres avec une gravité réelle, comme dans le modèle ? Oui.
Les objets roulent-ils les uns vers les autres dans l’espace à cause de la gravité ? Non, ils sont tiraillés mais ils ne roulent pas.
Les planètes de notre système solaire se heurtent-elles généralement les unes aux autres ? Non, elles sont très éloignées les unes des autres et elles sont en orbite autour du Soleil. Parfois, les comètes et les astéroïdes entrent en collision avec les planètes, cependant.

Note de l’animateur : Les enfants peuvent aussi ne pas comprendre que les planètes ne sont pas tirées de manière significative les unes vers les autres. Elles sont fortement tirées vers le Soleil, mais comme elles sont aussi en mouvement, elles se déplacent autour du Soleil sur des orbites stables. Les objets plus petits, comme les comètes et les astéroïdes, peuvent avoir des orbites moins circulaires et croiser la route des planètes, ce qui peut parfois entraîner une collision. Faites attention, lorsque vous identifiez les objets dans cette activité, à ne pas introduire des idées fausses concernant les orbites des planètes et les collisions.

Conclusion

Expliquez que la mission Juno vers Jupiter subira la gravité de Jupiter de la même manière qu’une très, très petite bille pourrait le faire dans notre modèle. Montrez une image ou une animation vidéo de Juno en orbite autour de Jupiter. (Les instruments de Juno suivront attentivement l’évolution de l’attraction exercée par Jupiter sur le vaisseau spatial lorsque celui-ci passera au-dessus de la surface de la planète. De cette façon, Juno sera capable de mesurer comment la gravité de Jupiter est différente d’un endroit à l’autre. En mesurant les légers changements dans la trajectoire de Juno, les scientifiques apprendront où exactement Jupiter conserve la majeure partie de sa masse dans son intérieur profond. Les scientifiques pourront alors déduire des détails sur la composition des couches inférieures et du noyau invisibles de Jupiter.

Combien de force d’attraction Juno ressentira-t-elle en tournant autour de Jupiter ? Une très forte attraction !

Si possible, exploitez les connaissances des enfants en leur proposant une future activité sur les secrets de famille de Jupiter. Invitez les enfants à revenir pour conclure leurs investigations sur Jupiter en participant à l’activité de conclusion, Mon voyage vers Jupiter, où ils créent des albums pour documenter leurs propres voyages dans les plus profonds mystères de Jupiter !

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