COURS D ASTRONOMIE POUR CRPE PREMIÈRE PARTIE. Les points cardinaux, la boussole

Dimension: px

Commencer à balayer dès la page:

Download "COURS D ASTRONOMIE POUR CRPE PREMIÈRE PARTIE. Les points cardinaux, la boussole"

Jean-Baptiste Bourget
il y a 6 ans
Total affichages :

1 COURS D ASTRONOMIE POUR CRPE PREMIÈRE PARTIE Jean-Michel ROLANDO (Site de Bonneville) Les points cardinaux, la boussole La boussole est une aiguille aimantée qui, à la surface de la Terre, s oriente approximativement dans la direction Nord-Sud. Une boussole présente un pôle nord (qui s oriente approximativement vers le pôle nord de la Terre) et un pôle sud qui s oriente approximativement vers le pôle sud de la Terre. L orientation des boussoles est le signe de la présence d un champ magnétique à la surface de la Terre. Ce sont les mouvements de convection (dus à une différence de température entre le centre et la périphérie) de la partie liquide du noyau terrestre, constitué essentiellement de fer, qui produisent ce champ magnétique selon un mécanisme complexe que les scientifiques ne comprennent encore que partiellement, mais qui rappelle le fonctionnement d une dynamo. Ces mouvements fluides, on peut le concevoir aisément, ne sont pas d une régularité absolue, mais subissent des variations qui affectent la direction du champ magnétique. C est ce qui explique que celle-ci varie de façon non régulière au cours du temps. Si l on peut prévoir la direction du champ magnétique terrestre au cours des quelques prochaines années, on ne peut pas savoir ce qu elle sera dans quelques milliers d années. Actuellement, la direction dans laquelle s orientent les boussoles est presque parallèle au méridien du lieu où elles se trouvent. La direction indiquée par le pôle nord de la boussole est appelée «nord magnétique» ; le nord magnétique est proche du «nord géographique». Plus précisément, l aiguille d une boussole et la direction Nord-Sud font un angle de quelques degrés appelé déclinaison magnétique. Cet angle, indiqué notamment sur les cartes topographiques, varie constamment. Sa valeur peut changer notablement en 5 ou 10 ans. La lumière Les sources de lumière On distingue deux types de sources de lumière. Les sources primaires de lumière : corps qui émettent de la lumière. Exemples : le filament d une ampoule, le Soleil, les étoiles, une flamme... Les sources secondaires de lumière : corps qui diffusent la lumière reçue d une source primaire (diffuser = réémettre dans toutes les directions). À la place de source secondaire, on utilise parfois le terme d objet diffusant. Exemples : la Lune, les planètes, l atmosphère, des particules en suspension dans l air (brouillard, poussières), n importe quel objet lorsqu il est éclairé (exception faite des objets noirs qui paraissent visibles par effet de contraste). On verra dans la suite qu il est intéressant d imaginer, par abstraction, des sources de lumière tellement petites qu on peut les assimiler à un point lumineux. On est ainsi amené à raisonner sur deux cas différents : les sources ponctuelles de lumière les sources étendues de lumière

2 Dans l absolu, les sources ponctuelles n existent pas. Dans la pratique, on considère les étoiles comme ponctuelles ; on peut aussi percer un trou très fin dans un carton (pointe d un compas) et placer ce dernier juste devant une source étendue de façon à limiter une toute petite partie de celle-ci. La propagation de la lumière La lumière ne se propage que dans certains milieux dits transparents. Dans le cadre de ce concours, on aura à raisonner essentiellement sur des milieux homogènes (par opposition aux milieux hétérogènes). Un milieu est homogène si ses différentes parties possèdent les mêmes propriétés : même matière, même température, etc. Exemple : on considère en général que l air est un milieu homogène ; mais en été, au voisinage du sol, l air n est pas homogène car les couches les plus basses sont plus chaudes que les couches les plus hautes. Dans un milieu transparent et homogène, la lumière se propage en ligne droite. NB : le vide est considéré comme un milieu : il est nécessairement transparent et homogène. La vision Nous voyons une source de lumière si et seulement si notre oeil reçoit de la lumière de cette source. Exemple 1 Oeil 2 ponctuelle S Oeil 1 La source S émet de la lumière dans toutes les directions. Si elle est dans un milieu homogène, celle-ci se propage en ligne droite. L œil 1 ne peut pas la voir car, du fait de l objet, aucun rayon ne peut lui parvenir. En revanche, l œil 2 peut la voir. Exemple 2 diffusant (source secondaire) ponctuelle S Oeil

3 À titre d exercice, tracer les rayons lumineux qui conviennent pour interpréter le fait que l oeil peut voir l objet. Exemple 3 A M B étendue C Oeil Pour interpréter les situations dans lesquelles interviennent des sources étendues, il convient de les assimiler à un ensemble de sources ponctuelles. Par exemple, le point M, appartenant à la source étendue, se comporte comme une source ponctuelle. Il émet donc de la lumière dans toutes les directions. Si le milieu est transparent et homogène (ce qu on suppose ici), elle se propage en ligne droite. - Le point A émet de la lumière dans toutes les directions. En particulier, il émet des rayons en direction de l œil qui ne sont pas interceptés par l objet. L œil peut donc voir le point A. - On peut tenir le même raisonnement pour tous les points situés entre A et B. - En revanche, au-dessous de B, aucun rayon issu de la source ne peut parvenir à l œil. - Ainsi, l œil verra une partie seulement de la source étendue. Voir plus loin l interprétation des éclipses qui est fondée sur ce principe. Les ombres Considérons un objet placé devant une source de lumière. On appelle ombre, la zone qui ne reçoit aucune lumière de la source. La partie de l objet situé à l ombre est appelée ombre propre Si, en outre, un écran est placé derrière l objet, la partie de l écran qui ne reçoit pas la lumière de la source est appelée ombre portée. Représentation des rayons issus du Soleil En astronomie, de nombreux raisonnements font appel aux rayons issus du Soleil et atteignant la Terre. Le schéma ci-dessous montre qu un observateur reçoit des rayons qui font entre eux un certain angle qu on peut calculer lorsqu on connaît la distance Terre-Soleil ( km) et le diamètre du Soleil ( km). Soleil α = 0,5 Terre

4 La distance Terre-Soleil étant très grande par rapport au diamètre du Soleil, on admettra que cet angle est très petit, ce qui revient à dire que les rayons issus du Soleil sont quasiment parallèles entre eux. C est ce qui explique les schémas dans les paragraphes qui suivent. Le «sténopé» ou «chambre noire» : exercice Une boîte fermée est percée d un petit trou sur une de ses faces. Le fond de la boîte, face au trou, est constitué d un papier calque. - Sur le papier calque du fond, on observe l image renversée et floue d un objet lumineux (une bougie, par exemple). Expliquez pourquoi en réalisant un schéma. - Que se passe-t-il si on éloigne la bougie? Justifiez par un schéma. - Que se passe-t-il si on agrandit le trou? Justifiez par un schéma. - Tout point de la bougie est une source ponctuelle de lumière qui émet (ou diffuse) de la lumière dans toutes les directions. On s intéresse au faisceau qui pénètre dans la chambre noire. Le faisceau provenant de A rencontre le calque en A et le faisceau provenant de B rencontre le calque en B. Si A est en haut de la bougie, A est en bas de l écran ; de même, si B est en bas de la bougie, B est en haut de l écran. C est ce qui explique que l image est renversée. L image d un point n est pas un point mais une tache. C est ce qui explique que l image est floue. - Si on éloigne la bougie, son image diminue (faire un double schéma pour répondre à l énoncé : bougie à une certaine distance du trou / bougie plus éloignée). - Si l on agrandit le trou, il y a plus de lumière qui pénètre dans la boîte. Mais la tache image de chaque point devient plus grande. L image est donc plus lumineuse, mais plus floue. (faire de même un double schéma pour respecter la consigne de l énoncé). Nature ondulatoire de la lumière : les ondes électromagnétiques La lumière fait partie des ondes électromagnétiques qui constituent un vaste ensemble. Une onde est caractérisée par sa longueur d onde (on peut se faire une idée de ce que représente la longueur d onde en évoquant le cas des vagues : c est la distance entre deux creux successifs ou entre deux sommets successifs ; attention toutefois, les vagues ne sont pas des ondes électromagnétiques). La lumière visible a une longueur d onde comprise entre 0,4 µm (pour le violet) et 0,8 µm (pour le rouge). Dans le domaine des longueurs d onde supérieures à celle de la lumière, on trouve le rayonnement infrarouge (IR) responsable de l effet de serre, puis les ondes hertziennes qui comportent les micro-ondes (des fours) vers 30 µm, les ondes très courtes des émissions en modulation de fréquence (FM) (quelques m), puis toutes les ondes radio dites courtes, moyennes et longues (1600 m environ pour France Inter grandes ondes). Dans le domaine des longueurs d onde inférieures à celle de la lumière, on trouve le rayonnement ultraviolet (UV) responsable des coups de soleil, les rayons X puis les rayons γ.

À savoir surtout : les limites de la lumière visible sont inhérentes à l œil, mais il existe des rayonnements de même nature que la lumière qui, bien qu invisibles à l œil, présentent des propriétés

5 À savoir surtout : les limites de la lumière visible sont inhérentes à l œil, mais il existe des rayonnements de même nature que la lumière qui, bien qu invisibles à l œil, présentent des propriétés importantes comme les IR et les UV. Il existe une grande variété de capteurs qui permettent de détecter les rayonnements invisibles à l œil (exemple classique : la plaque sensible d un appareil de radiographie).

Documents pareils

Comprendre l Univers grâce aux messages de la lumière

Seconde / P4 Comprendre l Univers grâce aux messages de la lumière 1/ EXPLORATION DE L UNIVERS Dans notre environnement quotidien, les dimensions, les distances sont à l échelle humaine : quelques mètres,