Jour/nuit, phases de la Lune

Saisons

Stage T1

module "sciences"

 Catherine GOUJON

Situation de départ

• Pourquoi la Lune n'a-t-elle pas toujours la même apparence ?
• Quand voit-on la Lune ?

Comparaison des RI des stagiaires avec celles des enfants (CM et CE)

• astre du jour / astre de la nuit
• pas de lien entre l'éclairement de la Terre et l'éclairement de la Lune

• Voit-on la Lune quand il fait jour sur Terre ?
• Pourquoi ne voit-on pas toujours la Lune avec la même apparence ?
• Peut-on voir un croissant de Lune en forme de "C", en soirée en Bretagne ? (hormis un quelconque problème météorologique !)
• Le jour où les Chinois voient une Peine Lune, pouvons-nous en voir un croissant ?

Le jour et la nuit

La Lune et la Terre sont des sphères éclairées par le Soleil. Nous allons observer comment une sphère en polystyrène (qui pourrait modéliser la Lune ou la Terre) est éclairée par une source de lumière (modélisation du Soleil).

Lien avec la géométrie

Modélisation : matérialisation du plan de séparation J/N, pour éviter de continuer de travailler dans l'obscurité.

Résultat : Quand une sphère est éclairée, la moitié de la sphère est dans le jour, l'autre moitié dans la nuit (son ombre propre). Le plan de séparation J/N est perpendiculaire aux rayons du Soleil, au plan de l'écliptique (lien avec ce qui a été vu précédemment).

Passage : modèle => réalité : ceci est valable pour la Terre et pour la Lune :

• La Lune a toujours une moitié éclairée et une moitié dans l'obscurité.

Il y a toujours une moitié de la Terre dans l'ombre, et une moitié de la Terre éclairée. Du côté éclairé il fait jour ; du côté ombre, il fait nuit.

• On a observé la course du Soleil pendant une journée. Il se lève vers l'Est et se couche vers l'Ouest.

Entre 2 levers de Soleil, il se passe en moyenne 24h (éphémérides).

• Le Soleil et les autres étoiles tournent autour de la Terre en 24 h : mouvement apparent des astres.

La Terre tourne sur elle-même en 24h.

La Terre tourne autour du Soleil en 24h.

Modélisations des différentes hypothèses avec le corps des élèves.

Résultats : plusieurs modèles fonctionnent... recours à l'histoire...

Conclusion provisoire : La Terre tourne sur elle-même en 24h...

Modélisation avec la sphère en polystyrène. Observation de la sphère qui tourne. Matérialisation de points de repère : pôles, Chine, USA, France.

Observation de points fixes lors de la manipulation et de la simulation de la rotation : les pôles.

=> rotation autour d'un axe => matérialisation de cet axe.

Conclusion : La Terre tourne sur elle-même en 24h autour d'un axe de rotation qui passe par les pôles. Cette rotation est responsable de l'alternance du jour et de la nuit sur Terre.

Exercice : décrire les moments de la journée, simultanément en Chine, aux USA et en France.

Définitions du matin et du soir !

Pré-requis : Le Soleil se lève vers l'Est et se couche vers l'Ouest.

OU : nous savons qu'il fait jour aux USA après la France...

Modélisation avec la sphère et avec la ronde.

Conclusion : La Terre tourne d'Ouest en Est (dans le sens contraire des aiguilles d'une montre vue du pôle nord).

Les phases de la Lune

• La Lune est une sphère.

Elle reçoit, comme la Terre, la lumière du Soleil.

Elle est le satellite naturel de la Terre.

La Lunaison est d'environ 29,5 jours (cf. calendrier)

Obstacle : connaissance de l'existence des éclipses.

Hypothèse : ça dépend d'où on la voit !

Place du Soleil

Mise en place de la Terre :

• Position des Terriens sur l'équateur

Jour/nuit sur Terre => Quelle heure est-il ?

La Lune :

• Révolution de 29,5 jours ≈ 28 jours = 4 semaines

L'ombre propre de la Lune

OPTIKOS, un logiciel gratuit dédié au collège : http://www.sciences-edu.net/physique/optikos/optikos.htm

Une animation, sur le site de La Main à la Pâte : http://lamap.inrp.fr/bdd_image/flash/calendriers/phases-de-la-lune_FrV2.swf

• Matérialisation d'un point sur Terre (ville, pays...)

=> notion de parallèle => Tracer le cercle

Observation de ce trajet quand l'axe de la Terre est perpendiculaire à l'écliptique

Nous avons construit une maquette pour expliquer le jour et la nuit, mais, sur ce modèle, la durée du jour = durée de la nuit. Or, nous avons observé (observation directe) ou lu (calendrier des heures de levers et couchers du Soleil) que le jour et la nuit n'ont pas toujours la même durée ; ça dépend du moment de l'année.

Il y a 4 moments particuliers : 2 solstices et 2 équinoxes.

Observation de la course du Soleil : lieux de levers et de couchers du Soleil, + hauteur du Soleil à midi.

=> l'axe de rotation n'est pas perpendiculaire

• aux rayons du Soleil

au plan de l'écliptique

Exercice : Observation du pôle nord qui reste 24h dans le jour... ainsi qu'une zone autour de celui-ci. Définir la zone où, le jour de l'été, il y a 24h de jour ! Définition du cercle polaire.

Du modèle au schéma : vues polaire et équatoriale

Nous avons mis la Terre en position du jour le plus long de l'année.

L'axe de la Terre garde la même direction au fil de l'année : direction de l'étoile polaire (430 années-lumière)

Détachement de la modélisation en 3D pour une schématisation de la position de la Terre aux 4 moments : solstices et équinoxes, en vue polaire.

Projet « Calendriers » de la main à la Pâte : http://lamap.inrp.fr/calendriers et aller dans l'espace élèves pour trouver des animations Flash.

Cliquer ici pour voir l'animation Flash « Course du soleil ».