Chapitre 2 : Les ombres et le système Soleil-Terre-Lune. Items Connaissances Acquis Zone éclairée et cône d ombre. Ombre propre Ombre portée Description des mouvements pour le système Soleil-Terre-Lune. Capacités. Faire un schéma du cône d ombre en respectant les conventions. Interpréter le phénomène visible par un observateur terrestre dans une configuration donnée du système Soleil-Terre-Lune. I. Ombre propre, ombre portée et cône d ombre. DI : La maison de M. Martin. Ombre propre Zone éclairée Source Cône d ombre Ombre portée Rayons limites Ecran Conclusion : L'ombre propre d'un objet opaque placé devant une source de lumière est la partie de cet objet qui n'est pas éclairée. L'ombre portée est l'ombre d'un objet projetée sur un écran. La zone de l'espace qui n'est pas éclairée est le cône d'ombre.
Tests : 2p188 Légende le schéma (Ombre propre, ombre portée et cône d ombre) a. écran ; b. ombre portée ; c. cône d ombre ; d. ombre propre ; e. source de lumière. 3p188 Indique la nature de l ombre 4p188 Construit l ombre 6p188 Cherche si la source est visible Les points d où l on voit la source sont a,b et c. Exercices * : 7p189 : Interpréter une observation. 1. ombre propre de la Terre 2. Non, puisque le Soleil est visible. 8p189 Identifie les ombres (Saturne) On distingue l ombre portée des anneaux sur la planète, l ombre propre de la planète à l opposé du Soleil et l ombre portée de la planète sur les anneaux. 9p189 Identifier d autres ombres (visage sous casquette) Sur le visage du garçon on observe deux sortes d ombres : l ombre portée de la visière sur ses yeux et, dans le bas du visage, l ombre propre du visage à l opposé du Soleil. Exercices ** : 15p190 Une ombre bien propre (ombre d un cosmonaute sur la lune) 1. Non, ces zones ne reçoivent pas les rayons de lumière du Soleil. 2. L ombre propre est plus claire, car cette partie de l astronaute reçoit des rayons lumineux diffusés par le sol. Activité : 2p181 De quoi dépendent la forme et les dimensions de l ombre portée? 1. La forme de l ombre portée dépend-elle de l orientation de l objet (Fig. 1 et 2)? Oui, la forme de l ombre portée dépend de l orientation de l objet par rapport à la direction de la source lumineuse : un cylindre peut se projeter sous la forme d une ombre rectangulaire et d une ombre circulaire. 2. La taille de l ombre portée dépend-elle de la distance entre la source et l objet (Fig. 2 et 3)? Oui, elle en dépend ; quand l objet se rapproche de la source, l ombre portée sur l écran devient plus grande. 3. Reproduis la construction de la Fig. 2 en éloignant la source. Comment est modifiée l ombre portée L élève devra construire le schéma demandé en s aidant de la fiche méthode 13 : la source étant plus éloignée, l ombre sera moins grande. 4. Rédige ta conclusion en répondant à la question :«De quoi dépend l aspect de l ombre portée?» Pour la forme, l ombre portée dépend de l orientation de l objet ; pour ses dimensions, elle dépend des distances entre la source et l objet ou entre l écran et l objet. Conclusion : La position et les dimensions de l'ombre portée dépendent de la position de la source. La forme de l'ombre portée dépend de la forme de l'objet.
Tests : 1p188 Recopie et complète (bilan) a. propre ; portée ; cône d ombre. b. forme ; dimension. c. couleur. d. l oeil ; cône d ombre ; rayon. Exercices * : 10p189 Identifie la source (tracer les rayons) C est la source S3 qui produit cette ombre. Exercices ** : 13p190 Deux sources et une ombre 2. La zone totalement noire ne reçoit de lumière ni d une source ni de l autre. 11p189 Détermine la position de la source (Rayon) La source se trouve à l intersection des droites AA et BB, huit carreaux à droite du segment AB. 14p190 L ombre qui change d aspect 1. On a éloigné la source du disque. 2. L écran a été mis de biais par rapport à l axe source objet. 3. Le disque a été placé de profil par rapport à la source. 16p190 Des ombres géométriques Dans l ordre, les ombres portées sont : 12p189 Détermine la taille de l ombre 1. et 2. Construction ci-dessous. 3. Pour obtenir une ombre plus grande, on peut éloigner l écran vers la droite, déplacer l objet MN vers la gauche ou rapprocher la source de l objet MN. 4. Il faut placer la source 3 cm à gauche du segment MN (schéma ci-dessus). 17p190 L objet mystérieux (expérience maison) 1. La réalisation des volumes simples par découpage de pâte à modeler ou d une pomme de terre ne pose pas de problème particulier. On peut éventuellement aiguiller les élèves en leur montrant ces volumes préparés par avance. 2. a. Le solide susceptible de produire ces deux ombres portées est la pyramide à base carrée :
II. Système Soleil-Terre-Lune. AV : Tous sur orbite. Soleil-Terre-Lune La révolution de la Terre autour du Soleil Où plaçait-on la Terre au moyen âge? Au centre de l univers Quelle observation posait problème avec cette théorie? Les planètes avaient des trajectoires bizarres comme mars qui semblait revenir en arrière. Qui a découvert que c est la Terre qui tournait autour du soleil? Nicolas Copernic A quelle vitesse se déplace la Terre autour du soleil? 107.000Km/h soit 30km/s Combien de temps la Terre met elle pour faire le tour du soleil? 1an (365 jour) Toutes les planètes mettent elle le même temps pour faire le tour du soleil? Non, plus elles sont proches, plus elles vont vite La rotation de la Terre sur elle-même Comment se rendre compte que la terre tourne sur son axe? Grace aux mouvements du soleil, de la lune et des étoiles dans le ciel Qu appelle-t-ton jour et nuit? Une moitie de la Terre est éclairée par le soleil, l autre non. Pourquoi lance-t-on les fusées proches de l équateur? C est la que l on tourne le plus vite ( 1600km/h) A quelle heure un avion volant à 900km/h partant de Paris arrive-t-il à New York? A la même heure locale qu il est parti de Paris. Les Saisons Qu est-ce qui donne les saisons? C est l axe de rotation incliné de la Terre La Révolution de la Lune autour de la Terre. Combien de temps la Lune met-elle pour faire un tour autour de la Terre? Près d un mois (27,3 jours) De quelle distance la Lune parait elle décalée chaque jour à la même heure? Deux largeurs de main. La Lune passe elle en avance ou en retard par rapport à la veille? Elle passe avec 50min de retard sur la veille. Documents 2p200 Le modèle géocentrique de Ptolémée Conclusion : La Terre tourne autour du Soleil en 365,25 jours et tourne sur elle-même en 24 h. La Lune tourne autour de la Terre en 27 jours.
Tests : 2p202 Complète un schéma (mouvement apparent du soleil) Il s agit du mouvement apparent du Soleil. En réalité, c est la Terre qui tourne sur elle-même. Tests : 4p202 Ajoute une légende (saison et position de la terre) Exercices * : 7p203 Schématise les saisons 1. c est l hiver qui est représenté. 2. Six mois plus tard : 3. 24 h plus tard, le personnage A se trouvera au même endroit, puisque la Terre aura fait un tour exactement. 13p203 Faire une recherche (durée d une année) 1. Durée d une année : 365,25 jours ; 2. année comportant 366 jours, soit un jour supplémentaire, qui vient s insérer le 29 février. 3. les années qui reçoivent ce jour supplémentaire sont les années divisibles par 4. 4. Les années divisibles par 100 ne sont pas bissextiles, à l exception des années divisibles par 400 qui le sont.
III. Les phases de la Lune. AE : Les phases de la lune Rayons du soleil 1 2 8 3 7 4 6 5 Position 1 2 3 4 5 6 7 8 Observé depuis la Terre Heure d observation (Lune le plus haut dans le ciel) Nom 12h 15h 18h 21h 24h 03h 06h 09h Nouvelle Lune Premier croissant Premier Quartier Lune gibbeuse Pleine Lune Lune gibbeuse Dernier quartier Dernier croissant
Conclusion : La Lune effectue un tour autour de la Terre en 28 jours environ et un tour sur elle-même en 28 jours également. Les positions respectives du Soleil, de la Terre et de la Lune expliquent l'existence de phases de la Lune: le cycle des phases est appelé lunaison. La Lune, éclairée par le Soleil, diffuse de la lumière vers la Terre : la partie de la Lune que l'on voit correspond à une phase. Tests : 5p202 remets dans l ordre (les phases) 1c ; 2b ; 3d ; 4a. Exercices * : 8p203 analyser une phase de la lune 1. dernier croissant. 2. Le Soleil est en bas à gauche de la photo. 3. Bien que le dernier croissant culmine en milieu de matinée, cette phase est plus facilement observable en fin de nuit, lorsque le Soleil n est pas encore levé. 9p203 analyser une autre phase de la lune La pleine Lune. Exercices ** : 14p204 Prévision d une observation de la lune La Lune est décalée vers l Est, le croissant est plus grand et moins incliné sur l horizon. Investigations :19p205 Mais d où vient cette lumière? Déterminer le trajet de la lumière qui permet d observer la Lune cendrée, c est-à-dire la partie qui normalement devrait être totalement dans l ombre. La position de la Lune sur son orbite en début de lunaison la place en avant de la Terre, vers le Soleil. La diffusion de la lumière par la Terre et par la Lune permet de retrouver le trajet de cette lumière du Soleil à notre oeil.
IV. Les éclipses. Eclipse de Soleil du 29 mars 2006, depuis la Libye http://www.astrosurf.com/zoll/images/i mages.html Eclipse annulaire 21 mai 2012 Japon http://www.francetvinfo.fr/decouverte /eclipse-totale-de-soleil-sur-lepacifique_97437.html Eclipse de Lune de mars 2007. http://www.astrosurf.com/zoll/images/images.html Activité 4p197 A quelle condition peut on observer une éclipse de soleil ou de lune? 1. Dans quelle position de la Lune son ombre se projette-t-elle sur la Terre (Fig. 2)? Combien d ombres observe-t-on alors sur l écran (Fig. 1)? L ombre portée de la Lune se projette sur la Terre dans la position 1, à la nouvelle Lune ; on n observe qu une ombre sur l écran : celle de la Terre. 2. Parmi les observateurs a, b et c, lequel assiste à l éclipse de Soleil? C est l observateur a qui se trouve dans le cône d ombre de la Lune, il assiste à une éclipse de Soleil 3. Dans quelle position la Lune n est-elle plus éclairée par le Soleil? Dans quelle zone d ombre se trouve alors la Lune? Dans la position 5, à la pleine lune, la Lune se trouve dans le cône d ombre de la Terre, il y a alors éclipse de Lune. 4. Parmi les observateurs a, b et c, lequel assiste à l éclipse de Lune? L observateur c assiste à l éclipse de Lune car il se trouve du côté «nuit» de la Terre. AV : TSO_Les éclipses Conclusion : Les éclipses de Lune se produisent lorsque le Soleil, la Terre et la Lune sont alignés dans cet ordre à la pleine lune. Les éclipses de Soleil se produisent lorsque le Soleil, la Lune et la Terre sont alignés dans cet ordre à la nouvelle Lune.
Tests : 1p202 Recopie et complète (bilan) a. 24 h ; Soleil ; l Est ; Sud ; l Ouest. b. Soleil ; année ; écliptique ; saisons. c. Terre ; 29,5 jours ; phases. d. alignés ; Soleil ; la Lune ; Lune ; cône d ombre. l observateur A ne voit pas du tout le Soleil, l observateur B le voit entièrement. 6p202 complète un schéma 2. Une éclipse de Lune peut se produire à la pleine lune ; une éclipse de Soleil peut se produire à la nouvelle lune. Exercices * : 10 Justifie une observation (éclipse et position de l observateur) 1. D, E et F peuvent assister à une éclipse de Lune car ils sont dans la nuit. 2. A, B et C peuvent assister à une éclipse de Soleil, à condition que l ombre portée de la Lune se projette sur eux. 11p203 Représenter une éclipse de lune 2. il n y a pas éclipse de Lune à chaque pleine lune car le plan de l orbite de la Lune étant incliné, celle-ci passe en dehors du cône d ombre de la Terre. 12p203 Représenter une éclipse de soleil Exercices ** : 15p204 Phase ou éclipse? schéma A : éclipse de Lune ; schéma B : éclipse de Soleil ; schéma C : croissant de Lune. 16p204 La lune peut cacher le soleil 2. l objet «Lune» CD occulte exactement l objet «Soleil». 3. L œil ne peut voir l objet Soleil. Ce schéma reproduit le principe des éclipses de Soleil où la Lune, plus petite mais aussi plus proche, occulte exactement le Soleil. 17p204Eclipses de soleil 1. éclipse totale : photo a, éclipse annulaire : photo b. 2. dans le cas d une éclipse annulaire, le Soleil n est pas totalement masqué car la distance Terre-Lune est alors maximale, la Lune paraît alors trop petite pour masquer totalement le disque solaire.
V. Bilan. http://www2.cslaval.qc.ca/cdp/userfiles/file/previews/mouvements_terre/ Prochaine éclipse en France :20 mars 2015 http://www.vercalendario.info/fr/lune/france-20-mars-2015.html 3 septembre 2081 vers 9h30 http://fr.wikipedia.org/wiki/%c3%89clipse_solaire_du_3_septembre_2081