- La longitude : La longitude permet de repérer un point de la surface terrestre par rapport au

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1 SCIENCES PHYSIQUES Le ciel et la terre LA TERRE A. Se repérer sur Terre 1. Les repères spatiaux Les lignes virtuelles particulières - Les méridiens : demi-cercles qui passent par les pôles, repérés par leur angle de longitude - Les parallèles : cercles dont le plan est perpendiculaire à l axe Nord-sud et repérés par leur angle de latitude. Le plus grand parallèle est l Equateur. - La latitude : La latitude permet de repérer un point de la surface terrestre par rapport au plan de l équateur. C est la mesure de l angle au centre formé par le rayon terrestre d un lieu et le plan de l équateur. La latitude est comprise entre 90 Sud et 90 Nord. Les lieux de même latitude sont situés sur un même parallèle. Les points de l équateur sont tous à la latitude 0. Marseille : 43 N. Tropique du Cancer : N Tropique du Capricorne : S - La longitude : La longitude permet de repérer un point de la surface terrestre par rapport au plan défini par les pôles et la ville de Greenwich. La longitude est comprise entre 180 E (à l Est de Greenwich) et 180 W (à l Ouest de Greenwich). Chaque plan contenant le lieu considéré et les deux pôles est appelé plan méridien. Les lieux ayant la même longitude sont situés sur un même méridien. Marseille est à la longitude 5 E. Les pôles géographiques Nord et Sud Ce sont les intersections de la Terre avec son axe de rotation sur elle-même. Les 1 / 12

2 dénominations Nord et Sud sont reliées au sens de rotation de la Terre. 2. Un instrument pour se repérer : la boussole Les pôles magnétiques terrestres Le noyau de la Terre se comporte comme un aimant dont les pôles magnétiques attirent les extrémités d une aiguille aimantée, en l orientant toujours parallèlement la direction nord-sud. Ils sont à distinguer des pôles géographiques qui sont des lieux précis à la surface de la Terre. Le principe de la boussole La propriété naturelle des aimants de s orienter toujours dans la même direction permet de construire une boussole. C est une boîte en matériau non magnétique au centre de laquelle est placée une aiguille aimantée reposant sur un pivot et dont les extrémités se dirigent vers les pôles magnétiques de la Terre ; ce qui permet de reconnaître la direction du Nord, direction de référence à partir de laquelle on peut s orienter en la faisant coïncider avec le Nord d une carte. Historique : -> 1ère utilisation en Chine dès l Antiquité -> adaptée à la navigation vers l'an > perfectionnée par les Arabes, par montage sur un axe ->connue en Europe entre le 10e et le 11e siècle Fabrication: -> aimanter une aiguille en frottant une épingle contre un aimant (même sens et même côté). -> fixer avec du scotch l aiguille sur un morceau de bouchon en liège -> poser l ensemble dans une bassine d eau (elle sera ainsi toujours parfaitement horizontale) -> vérifier et étalonner avec une vraie boussole 3. Repérage de la verticale et de l horizontale. - La verticale est une droite qui passe par le centre de la Terre ; c est la direction de chute des 2 / 12

3 corps. On la repère à l aide d un fil à plomb. - Le plan horizontal est le plan perpendiculaire à la direction verticale ; il est matérialisé par la surface de l eau au repos. 4. Se repérer dans le temps L heure L heure solaire est définie localement par la position du Soleil. Pour mesurer l écoulement du temps, on utilise son retour périodique au méridien et la durée entre 2 passages au méridien a été divisée en 24 heures. Le midi solaire est déterminé par le passage du Soleil dans le plan méridien. Dès lors qu il est 12h pour tout le méridien au-dessus duquel se trouve le Soleil, il est 0h pour tout le méridien qui lui est opposé. L heure en un lieu est la durée de la rotation de la Terre depuis l instant origine. L heure est donc la même pour tous les lieux situés sur un même méridien. Le temps civil d un lieu est le temps solaire augmenté de 12 heures. Le jour civil dure exactement 24h et commence à minuit. Le temps universel est le temps civil de Greenwich. En temps universel, il est midi partout sur Terre quand le Soleil culmine sur le méridien de Greenwich. L heure légale (l heure de la montre) est fixée pour chaque pays à partir de l heure universelle, ajoutée au lage horaire dû à l écart de longitude avec le méridien de Greenwich. déca Les fuseaux horaires L unification de l heure sur Terre est faite par le système de fuseaux horaires. Créés dans les années 1880, ceux-ci partagent virtuellement la Terre en 24 zones, pour lesquelles sera fixée une heure légale. L objectif premier était d éviter des difficultés de correspondance entre horaires de chemin de fer lorsque chacun utilisait son temps solaire local. 3 / 12

4 Un fuseau est la portion de surface terrestre délimité par 2 méridiens distants de 15 de longitude. L écart entre deux fuseaux est l écart entre leurs méridiens centraux. Les 24 fuseaux sont numérotés de 0 (fuseau de Greenwich) à 23 en allant vers l Est ; le décalage horaire étant d une heure par fuseau. En réalité ce principe de base n est pas exactement suivi. On a dressé une carte des zones horaires chacune repérée par une lettre, sauf la zone contenant la ligne de changement de date, qui est repérée par deux lettres (MY). Ainsi Paris et Londres sont géographiquement dans le même fuseau ; cependant la France (A) et l Angleterre ne sont pas dans la même zone. On ajoute en France 2 heures en été et 1 heure en hiver. La ligne de changement de date a été établie de façon internationale, du pôle Nord au pôle Sud à travers l Océan Pacifique ; c'est-à-dire en passant par des régions inhabitées. Lors de son franchissement vers l Ouest, la date augmente d une unité. Les instruments de mesure du temps Le cadran solaire : quand la Terre tourne, l ombre du style se déplace sur le cadran et indique l heure SOLAIRE. En France, il faut rajouter 2h en été et 1h en hiver pour obtenir l heure légale (celle de la montre). La montre, l horloge et le calendrier sont d autres instruments de mesure du temps. 4 / 12

5 Le gnomon permet à différentes heures de la journée, de faire des relevés de l ombre d un bâton posé verticalement sur une feuille horizontale. Les ombres du bâton se déplacent dans le sens opposé à celui de la course du Soleil. Quand l ombre est la plus courte, il est midi solaire et dans l hémisphère Nord, sa direction indique le Nord (le Soleil culmine au Sud). Les instruments de mesure des durées La clepsydre : horloge à eau inventée par les Egyptiens vers1400 av J.C. C est un récipient percé et gradué d où l eau s écoulait lentement ce qui permettait de mesurer des durées. Le sablier et le chronomètre sont d autres instruments de mesure des durées. B. La rotation de la terre sur elle-même (mouvement diurne) 1. L alternance des jours et des nuits La Terre tourne sur elle-même autour de l axe des pôles dans le sens direct. Les différents points de la Terre passent ainsi périodiquement de la zone éclairée par le Soleil (jour) à la zone d ombre (nuit). La période de rotation de la Terre est de 23h56min par rapport au référentiel constitué par les étoiles lointaines (jour sidéral), et de 24h par rapport au Soleil. Explication de ce phénomène : au bout de 23h56, un point de la Terre revient en face d une même étoile. Pendant ce même temps, la Terre s est légèrement déplacée dans son mouvement de rotation autour du Soleil. Alors il faut attendre qu elle ait tourné encore un peu plus sur elle-même, pour que ce point se retrouve en face du Soleil. (Règle de la main droite : pouce vers le haut indique le Nord, les doigts repliés indiquent 5 / 12

6 le sens de rotation de la Terre ) 2. Le mouvement apparent du Soleil Dans la journée, l observateur voit le Soleil décrire un arc de cercle sur la voûte céleste, se levant approximativement vers l Est, se couchant vers l Ouest et culminant vers le Sud dans l hémisphè re Nord. C est ce qu on appelle le mouvement apparent du Soleil. En réalité : - ceci est vrai seulement aux équinoxes - Au solstice d hiver : le Soleil se lève au Sud-est et se couche au Sud-ouest. Sa trajectoire est basse et ce d autant plus qu on se déplace vers le pôle Nord. - Au solstice d été : le Soleil se lève au Nord-est et se couche au Nord-ouest. Sa trajectoire est haute et ce d autant plus qu on se déplace vers le pôle Nord. 6 / 12

7 Pour un observateur de l hémisphère sud regardant à l horizon nord, le Soleil se lève vers l Est et se couche vers l Ouest (comme tous les astres), et passe de droite à gauche. 3. Modélisations historiques Le modèle géocentrique de Ptolémée (200) Le modèle héliocentrique de Copernic (1500) 4. Le mouvement apparent de rotation de la voûte céleste Du fait du mouvement diurne de la Terre, pour un observateur de l hémisphère Nord les étoiles semblent décrire des cercles dans le sens direct autour de l étoile polaire ; celle-ci est pratiquement fixe car elle est située très proche du pôle céleste Nord, lui-même dans le prolongement de l axe de rotation de la Terre. L étoile polaire est la dernière étoile de la queue de la Petite Ourse. Peut-on voir le même ciel en été et en hiver? Non car comme la Terre tourne autour du Soleil, nous n observons pas le ciel nocturne dans la même direction au cours des saisons. 5. La force de Coriolis Elle est à l origine des vitesses différentielles des couches atmosphériques : plus grande à l Equateur, plus faible aux pôles, elle provoque le mouvement des masses d air dans le sens direct 7 / 12

8 pour l hémisphère Nord. C. la révolution de la terre autour du soleil (Mouvement annuel) Au cours de son mouvement annuel, la Terre effectue une révolution quasi circulaire autour du Soleil. Cette révolution se réalise dans un plan nommé le plan de l écliptique. L inclinaison de l axe de rotation terrestre par rapport à la direction perpendiculaire au plan de l écliptique ( ) est conservée au cours de la trajectoire de la Terre. On repère sur celle-ci quatre points : - Le solstice d hiver (21/12) (à gauche l hiver) - L équinoxe de printemps (21/03) (au pied le printemps) - Le solstice d été (21/06) (à droite l été) - L équinoxe d automne (24/09) (en haut l automne) Quand on représente l axe de rotation incliné vers la gauche. 1. La variation annuelle de la durée des jours et des nuits En France métropolitaine la durée de la journée varie entre 8 heures et 16 heures au cours d une année. Cette variation correspond à l évolution au cours de l année, de la proportion du parallèle éclairé par le Soleil selon la position de la Terre sur son orbite. Au solstice d hiver : elle est minimale (8 heures), car environ 1/3 du parallèle est éclairé. Au solstice d été : elle est maximale (16 heures), car environ 2/3 du parallèle est éclairé. Aux équinoxes : la durée du jour et celle de la nuit sont égales ; car les rayons du Soleil sont perpendiculaires à 8 / 12

9 l axe de rotation de la Terre et la frontière entre le jour et la nuit passe par les deux pôles. Au pôle Nord, il fait jour pendant 6 mois, puis nuit pendant 6 mois. A l Equateur, le jour a toujours la même durée que la nuit. Dans l hémisphère Sud tout est inversé. 2. La variation annuelle de la course apparente du Soleil Allure de la trace de l extrémité des ombres du gnomon pour un observateur dans la zone tempérée. 3. Les saisons sont le résultat de deux phénomènes : - La durée d ensoleillement (soit la durée du jour) - L inclinaison des rayons solaires avec la verticale du point considéré. Plus la surface ensoleillée est petite, plus l énergie lumineuse fournie est importante. Pendant la saison chaude, le soleil reste longtemps levé et culmine haut dans le ciel ; alors il ch auffe davantage le sol. 9 / 12

10 Connaissances à acquérir dans le domaine «LE CIEL ET LA TERRE-rubrique Lumière et ombres en fin de cycle 3 (palier 2 du Socle commun de connaissances) Les points cardinaux et la boussole - Etre capable d utiliser les points cardinaux pour repérer une direction à partir d un lieu sur Terre. - Savoir utiliser une boussole pour repérer une direction ou pour progresser dans une direction donnée. - Savoir que ces repérages sont relatifs. - Savoir qu il existe un pôle Nord et un pôle Sud (points de la surface terrestre par lesquels passe l axe de rotation de la Terre et en direction desquels s oriente approximativement une boussole). - Mettre en évidence qu une boussole est une aiguille aimantée qui s oriente approximativement dans la direction Nord-Sud pour peu qu elle ne subisse pas d interaction avec d autres aimants ou objets en fer. Le mouvement apparent du Soleil ; la durée du jour et son évolution au cours des saisons - Etre capable de représenter qualitativement la trajectoire apparente du Soleil dans le ciel et son évolution au fil de l année - Savoir qu elle est la plus courte à la date du solstice d hiver (Soleil bas sur l horizon) - Savoir qu elle est la plus longue au solstice d été (soleil haut dans le ciel) - Savoir que dans l hémisphère Nord, elle est parcourue de gauche à droite pour un observateur tourné vers le Soleil 10 / 12

11 - Etre capable de mettre en évidence par une observation directe que le Soleil n apparaît pas et ne disparaît pas tous les jours à la même heure. - Etre capable d exploiter un calendrier pour déterminer les caractéristiques de chaque saison et les dates qui marquent le début de chacune d entre elles. - Savoir que la Terre effectue une révolution autour du Soleil en environ 365 jours et 6 heures. La rotation de la Terre et ses conséquences - A partir d une modélisation Terre-Soleil retrouver des hypothèses de l alternance jour-nuit et conclure qu aucune observation familière ne permet de les départager entièrement. (en lien avec l histoire) - Savoir que la Terre tourne sur elle-même d un tour en 24 heures. (distinguer instant et heure) - Etre capable de retrouver le sens de rotation de la Terre à partir de l observation du mouvement apparent du Soleil Mesure des durées, unités - Savoir que la durée de la rotation de la Terre sur elle-même et celle de la révolution de la Terre autour du Soleil ont depuis longtemps servi d unités à la mesure des durées. (gnomon) - Connaître la correspondance entre la durée de la rotation de la Terre et les unités heures, mi nute et seconde Lien avec l histoire et les mathématiques 11 / 12

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