Physique : Le temps et sa mesure (p.121-131)

- le temps et sa mesure (français)
- the time and its measure (english)
- Zeit und ihr Maß (deutsch)
- el tiempo y su medida (español)
- время и его мера (русский язык)
                                   
                                   1ère partie : TP

Interprétons l'alternance des saisons à partir du mouvement de révolution de la Terre par rapport au Soleil ?


1- Précisez le mouvement de la Terre par rapport au Soleil.
2- Comment justifier qu'il fasse plus chaud en été qu'en hiver ?
3- Le plan de la trajectoire de la Terre par rapport au Soleil est appelé le plan de l'écliptique. Pourquoi n'existerait-il pas de saisons si l'axe polaire était perpendiculaire au plan de l'écliptique ?

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                                   2ème partie : Cours

I. Phénomènes astronomiques et rythme de la vie

1.1 Mouvement de la Terre et de la Lune

A. Alternance des jours et des nuits

Définition : Le jour solaire dure 24h, c'est la durée qui sépare deux passages du Soleil par le plan méridien du lieu d'observation.

Le terre fait un tour complet sur elle-même (autour de l'axe polaire) en exactement 23h 56min et 4s. C'est un jour sidéral.

C'est cette rotation qui est responsable de l'alternance des jours et des nuits.


B. Les phases de la Lune

Les phases de la lune sont les différents aspects que la Lune peut avoir tels que : la pleine lune, la nouvelle Lune, le premier quartier ou encore le dernier quartier. Ces différentes phases dépendent enfait de la position de la Lune par rapport à celle de la Terre et à celle du Soleil. La lunaison est la durée qui sépare deux mêmes phases consécutives, la durée moyenne de la lunaison est de 29,5 jours.


C. Les saisons

La Terre tourne en 365,25 jours dans le référenciel héliocentrique, soit une année sidérale dans le plan de l'écliptique.

Au plan de l'éliptique, l'axe polaire de la Terre est incliné de 23°30' par rapport à la normale. C'est d'ailleurs cette inclinaison qui explique nos saisons.

Exemple : Grâce à cette inclinaison, lorsque c'est l'été de l'hémisphère nord, le pôle Nord sera orienté vers le soleil. Et c'est à cause de cette orientation vers le soleil que les journées sont plus longues que les nuits, qu'il fait plus chaud qu'en hiver et que le soleil et plus haut dans le ciel.

1.2 Rythme de la vie

Les phénomènes astronomiques sont sit périodiques, c'est-à-dire qu'ils se répettent à intervalles de temps réguliers.

Cest grâce à ces phénomènes astronomiques que notre vie est rythmée par : les jours, les nuits, les saisons, les lunaisons et que l'on peut facilement se réperer dans le temps. C'est aussi grâce à ces phénomènes astronomiques que l'on peut se baser sur des calendriers (qui comprennent jours, mois et années). Le calendrier international est basé sur les saisons, c'est le calendrier grégorien. Comme le Terre a besoin de 3625.25 jours pour faire le tour du Soleil, le calendrier grégorien est composé de 365 jours (avec une année bissextile de 366 jours tous les 4 ans).

Rappel :  *   1 jour = 24 h
          *   1h = 60 min
          *   1 jour = 86 400 s


II. Dispositifs permettant la mesure d'une durée

             Un cadran solaire

La mesure du temps est une des premières mesures que l'homme ait réalisée. La mesure du temps débuta par la fabrication d'horloges basées sur des phénomènes naturels (tels que : écoulement de l'eau avec les clepsydres, ombre solaire avec le gnomon ou le cadran solaire ...), pour progressivement gagner en précision entre le XIIIe siècle et le XXe siècle avec l'élaboration des horloges mécaniques, puis atomiques.

2.1 Pourquoi choisir un phénomène périodique ?

Un phénomène prériodique est un phénomène qui se reproduit identique à lui-même au cours de temps.

Exemple : Le mouvement de la balançoire est un mouvement préiodique à condition qu'il soit entretenu.

La période T d'un phénomène périodique est la plus petite durée au bout de laquelle il se reproduit identique à lui-même.
La periode f d'un phénomène périodique est l'inverse de la période T :                      f = 1/T 

- время и его мера (русский язык)
- Zeit und ihr Maß (deutsch)

ou T=1/f           où f = fréquence (Hz) et T = période (s)


      Cadran solaire
                                             
La valeur de la féquence correspond au nombre de répétitions du phénomène par unité de temps.

2.2 Comment mesurer une durée ?

A. A partir d'un dispositif mécanique : exemple du pendule

Le dispositif formé d'une boule et d'un fil inextensible est appelé pendule    

La période des oscillations d'un pendule oscillant avec une faible amplitude constitue un étalon de durée.

La période T correspond à la durée d'une oscillation.
- Pour de faibles valeurs de l'amplitude α, la période T est indépendante de α;
- La période T dépend de la longueur du fil ;
- La période T est indépendante de la masse.

B. A partir d'un dispositif électrique

On peut mesurer la valeur de la période lorsque celle-ci est de courte durée, grâce à un oscilloscope ou un ordinateur muni d'une interface d'acquisition.

Exemple : Le balayage est de 2 ms/div; la période T de la tension visualisée s'étend sur 10 divisons, donc:
                                                        T = 10 X 2 = 20 ms


2.3 Comment fonctionne une horloge ?



Une horloge est toujours composée de trois élements (qu'elle soit à quartz, atomique ou encore mécanique) :

- un dispositif de transmission et d'affichage de l'heure;
- une source d'énergie qui permet d'entretenir le mouvement;
- un oscillateur associé à un régulateur, dont le rôle est de fixer l'étalon de durée grâce à un système périodique.

Exemple :                                
                          |       Montre mécanique     |      Montre à quartz  
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Oscillateur               |            balancier spiral      |     circuit électronique 
_________________________________________________________________                                       
Régulateur               |              dispositif à             |            cristal de
                                   |            échappement          |             quartz
_________________________________________________________________
Source d'énergie      |                mécanique           |          électrique
                                   |              (ressort spiral)      |            (pile)
_________________________________________________________________
Transmission            |    roues d'engrenages      |          micromoteur
_________________________________________________________________
Affichage                   |         aiguilles                      |   aiguilles ou cristaux liquides
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Actuellement, l'horloge atomique est l'instrument de mesure de durée le plus précis; elle sert à définir la seconde et utilise le rayonnement émis par un atome de césium 137.


          Une horloge atomique


                           
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                                3e partie :  EXERCICES

Testez-vous p. 131

1- Mots manquants

a- La durée entre deux passages successifs du Soleil par le plan méridien du lieu d'observation est ............... .
b- Une .......... est la durée mise par la Terre pour effectuer, dans le référentiel ........., un tour complet autour du Soleil.
c- Le mouvement d'une balançoire est un phénomène ............. car il se répète .......... à lui-même au cours du ....... .
d- Le nombre de répétitions d'un phénomène périodique par unité de temps correspond à .......... .

Corrigé :
a- le jour solaire
b- année / référentiel héliocentrique
c- périodique / identique / temps
d- une fréquence

2- Vrai ou faux ?

a- La lunaison est le jour de la pleine Lune.       Vrai/Faux
b- La durée du jour sidéral est de 24 heures.       Vrai/Faux
c- Le hertz est l'unité de fréquence.                         Vrai/Faux
d- Le mécanisme d'échappement d'une horloge permet de mettre en mouvement l'aiguille des heures.        Vrai/Faux
e- Le rôle du quartz dans un réveil est d'engendrer des oscillations électriques périodiques étalonées.        Vrai/Faux
f- Le calendrier que nous utilisons actuellement est le calendrier julien.        Vrai/Faux

Corrigé :
a- Faux : la pleine Lune est une phase
b- Faux : 24h est la durée du jour solaire
c- Vrai
d- Faux : le mécanisme d'échappement est le régulateur
e- Vrai
f- Faux : c'est le calendrier grégorien

3- QCM

a- La période T des oscillations d'un pendule dépend :
* de la masse du pendule
* de la longueur du fil

b- La seconde est définie actuellement par :
* la 1/86 400e partie du jour solaire
* une fréquence atomique
* le mouvement d'un pendule situé à l'Observatoir de Paris

c- La fréquence d'un oscillateur de préiode 1 ms est :
* 1 Hz
* 1 mHz
* 1 kHz
* 1 MHz

Corrigé :
a- De la longueur du fil
b- Une fréquence atomique particulière
c- 1 kHz

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                                                   4e partie : Thème
                       L'histoire des premières horloges



Les premières horloges mécaniques ont été vraisemblablement réalisées au début du XIV ème siècle, en France, dans les flandres, l'Allemagne, l'Italie, l'Angleterre, la Bourgogne.

Elles ont été réalisées pour donner l'heure aux gens d'églises. Au départ elles étaient l'apanage des riches communautés religieuses, des rois, des princes et des villes commerçantes.

Les premières horloges d'édifices avaient un volume de plusieurs mètres cubes. Elles étaient fabriquées par les mêmes artisans, forgerons et serruriers, que les premières horloges d'appartement. Elles avaient deux roues et un échappement à foliot, une seule aiguille et marchaient seulement six heures par la descente d'un poids moteur. Ces premières horloges étaient d'un fonctionnement plutôt capricieux.

Les trois sortes d'horloges fabriquées et utilisées par l'homme avant la fabrication des horloges mécaniques sont : le cadran solaire, le clepsydre et enfin le sablier. Leur principal inconvénient est : le manque de prévision. Puis, le cadran solaire ne fonctionne qu'en présence de soleil et le clepsydre et le sablier nécessitent que l'on regarnisse les réservoirs après chaque écoulement complet du fluide.
Les Chinois eux, utilisaient l'horloge à encens. Le temps était ainsi mesuré par la combustion lente du bâton d'encens qui brûme un fil; ce fil était relié à une boule qui tombait dans un récipient métallique marquant ainsi une certainene durée.


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                                                FIN DU CHAPITRE 9





















Ce blog a été réalisé par Iris et Morane, en Seconde 10 au Lycée International des Pontonniers.
On éspère qu'il vous plaira.
Bonne lecture :)